Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego, spektroskopia NMR- spektroskopowa metoda badania obiektów chemicznych, wykorzystująca zjawisko jądrowego rezonansu magnetycznego. Zjawisko NMR zostało odkryte w 1946 roku przez amerykańskich fizyków F. Blocha i E. Purcella. Najważniejsze dla chemii i zastosowań praktycznych są spektroskopia protonowego rezonansu magnetycznego (spektroskopia PMR), a także spektroskopia NMR na węglu-13 (spektroskopia 13 C NMR), fluorze-19 (spektroskopia 19 F NMR), fosforze-31 ( 31 P Spektroskopia NMR). Jeżeli pierwiastek ma nieparzystą liczbę atomową lub izotop dowolnego (parzystego) pierwiastka ma nieparzystą liczbę masową, jądro takiego pierwiastka ma spin różny od zera. Ze stanu wzbudzonego do stanu normalnego jądra mogą powrócić, przenosząc energię wzbudzenia do otaczającej „sieci”, co w tym przypadku oznacza elektrony lub atomy innego typu niż badane. Ten mechanizm przenoszenia energii nazywany jest relaksacją sieci spinowej, a jego skuteczność można scharakteryzować stałą T1, zwaną czasem relaksacji sieci spinowej.
Cechy te sprawiają, że spektroskopia NMR jest wygodnym narzędziem zarówno w teoretycznej chemii organicznej, jak i do analizy obiektów biologicznych.
Podstawowa technika NMR
Próbkę substancji do NMR umieszcza się w cienkościennej szklanej rurce (ampułce). Po umieszczeniu w polu magnetycznym aktywne jądra NMR (takie jak 1 H lub 13 C) absorbują energię elektromagnetyczną. Częstotliwość rezonansowa, energia absorpcji i intensywność emitowanego sygnału są proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego. Zatem w polu o natężeniu 21 Tesli proton rezonuje z częstotliwością 900 MHz.
Przesunięcie chemiczne
W zależności od lokalnego środowiska elektronicznego różne protony w cząsteczce rezonują z nieco różnymi częstotliwościami. Ponieważ zarówno to przesunięcie częstotliwości, jak i podstawowa częstotliwość rezonansowa są wprost proporcjonalne do wielkości indukcji pola magnetycznego, przemieszczenie to jest przekształcane na bezwymiarową wielkość niezależną od pola magnetycznego, co jest znane jako przesunięcie chemiczne. Przesunięcie chemiczne definiuje się jako zmianę względną w stosunku do niektórych próbek referencyjnych. Przesunięcie częstotliwości jest niezwykle małe w porównaniu z główną częstotliwością NMR. Typowe przesunięcie częstotliwości wynosi 100 Hz, podczas gdy podstawowa częstotliwość NMR jest rzędu 100 MHz. Zatem przesunięcie chemiczne często wyraża się w częściach na milion (ppm). Aby wykryć tak małą różnicę częstotliwości, przyłożone pole magnetyczne musi być stałe w objętości próbki.
Ponieważ przesunięcie chemiczne zależy od struktury chemicznej substancji, służy do uzyskania informacji strukturalnych o cząsteczkach w próbce. Na przykład widmo etanolu (CH 3 CH 2 OH) daje 3 charakterystyczne sygnały, czyli 3 przesunięcia chemiczne: jedno dla grupy CH 3, drugie dla grupy CH 2 i ostatnie dla OH. Typowe przesunięcie dla grupy CH3 wynosi w przybliżeniu 1 ppm, dla grupy CH2 przyłączonej do OH wynosi 4 ppm, a dla OH wynosi w przybliżeniu 2-3 ppm.
Ze względu na ruch cząsteczek w temperaturze pokojowej sygnały 3 protonów metylowych są uśredniane podczas procesu NMR, który trwa tylko kilka milisekund. Protony te ulegają degeneracji i tworzą szczyty przy tym samym przesunięciu chemicznym. Oprogramowanie umożliwia analizę wielkości pików w celu zrozumienia, ile protonów składa się na te piki.
Interakcja spin-spin
Najbardziej przydatnych informacji do określenia struktury w jednowymiarowym widmie NMR dostarcza tak zwane oddziaływanie spin-spin pomiędzy aktywnymi jądrami NMR. Ta interakcja wynika z przejść pomiędzy różnymi stanami spinu jąder w cząsteczkach chemicznych, co skutkuje rozszczepieniem sygnałów NMR. Podział ten może być prosty lub złożony, w rezultacie może być łatwy do interpretacji lub może być mylący dla eksperymentatora.
To wiązanie dostarcza szczegółowych informacji o wiązaniach atomów w cząsteczce.
Interakcja drugiego rzędu (silna)
Proste sprzężenie spin-spin zakłada, że stała sprzężenia jest mała w porównaniu z różnicą przesunięć chemicznych między sygnałami. Jeśli różnica przesunięcia maleje (lub wzrasta stała interakcji), intensywność multipletów próbki zostaje zniekształcona i staje się trudniejsza do analizy (szczególnie jeśli układ zawiera więcej niż 2 spiny). Jednakże w spektrometrach NMR dużej mocy zniekształcenie jest zwykle umiarkowane, co pozwala na łatwą interpretację powiązanych pików.
Efekty drugiego rzędu zmniejszają się wraz ze wzrostem różnicy częstotliwości między multipletami, zatem widmo NMR o wysokiej częstotliwości wykazuje mniejsze zniekształcenia niż widmo o niskiej częstotliwości.
Zastosowanie spektroskopii NMR do badań białek
Większość najnowszych innowacji w spektroskopii NMR powstaje w tzw. spektroskopii NMR białek, która staje się bardzo ważną techniką we współczesnej biologii i medycynie. Wspólnym celem jest uzyskanie trójwymiarowych struktur białkowych o wysokiej rozdzielczości, podobnych do obrazów uzyskiwanych w krystalografii rentgenowskiej. Ze względu na obecność większej liczby atomów w cząsteczce białka w porównaniu do prostego związku organicznego, podstawowe widmo 1H jest przepełnione nakładającymi się sygnałami, co uniemożliwia bezpośrednią analizę widma. Dlatego opracowano techniki wielowymiarowe, aby rozwiązać ten problem.
Aby ulepszyć wyniki tych eksperymentów, stosuje się metodę znakowanych atomów z wykorzystaniem 13 C lub 15 N. W ten sposób możliwe staje się uzyskanie widma 3D próbki białka, co stało się przełomem we współczesnej farmacji. Ostatnio powszechne stały się techniki (z zaletami i wadami) otrzymywania widm 4D i widm o większych wymiarach, oparte na nieliniowych metodach próbkowania z późniejszym odtwarzaniem sygnału zaniku swobodnej indukcji za pomocą specjalnych technik matematycznych.
Ilościowa analiza NMR
W analizie ilościowej roztworów powierzchnię piku można wykorzystać jako miarę stężenia w metodzie wykresu kalibracyjnego lub metodzie addycyjnej. Znane są również metody, w których wykres stopniowany odzwierciedla zależność przesunięcia chemicznego od stężenia. Zastosowanie metody NMR w analizie nieorganicznej opiera się na fakcie, że w obecności substancji paramagnetycznych czas relaksacji jądra przyspiesza. Pomiar szybkości relaksacji można przeprowadzić kilkoma metodami. Pewną i uniwersalną jest na przykład pulsacyjna wersja metody NMR, czyli, jak to się powszechnie nazywa, metoda echa spinowego. Podczas pomiaru tą metodą do badanej próbki przykładane są krótkotrwałe impulsy o częstotliwości radiowej w polu magnetycznym w określonych odstępach czasu w obszarze absorpcji rezonansowej. W cewce odbiorczej pojawia się sygnał echa spinowego, którego maksymalna amplituda jest powiązana do czasu relaksu poprzez prostą zależność. Aby przeprowadzić konwencjonalne oznaczenia analityczne, nie ma potrzeby znajdowania wartości bezwzględnych szybkości relaksacji. W takich przypadkach możemy ograniczyć się do pomiaru pewnej wielkości proporcjonalnej do nich, na przykład amplitudy rezonansowego sygnału absorpcji. Pomiary amplitudy można przeprowadzić przy użyciu prostego, bardziej dostępnego sprzętu. Istotną zaletą metody NMR jest szeroki zakres wartości mierzonego parametru. Korzystając z konfiguracji echa spinowego, czas relaksacji można określić w zakresie od 0,00001 do 100 s. z błędem 3...5%. Umożliwia to oznaczenie stężenia roztworu w bardzo szerokim zakresie od 1...2 do 0,000001...0000001 mol/l. Najczęściej stosowaną techniką analityczną jest metoda wykresu kalibracyjnego. Heberlen U., Mehring M. NMR wysokiej rozdzielczości w ciałach stałych. - M.: Mir. - 1980.
Rozszczepienie allilowe- uzależnienie stałe interakcji spin-spin pomiędzy protonami w układach allilowych ( 4 J ), co w dużej mierze zależy od kąta skręcenia między płaszczyznami utworzonymi przez atomy HC 2 C 3 i C 1 C 2 C 3.
Pierścienie- cykliczne układy koniugatów.
Cząsteczki atropowe- cząsteczki związków, które nie wytwarzają prądu pierścieniowego.
Kąt wiązania (θ) - kąt między dwoma wiązaniami na jednym atomie węgla.
W pobliżu interakcja - oddziaływanie między jądrami oddzielonymi trzema wiązaniami.
Odsprzęganie pozarezonansowe(wyłączone odsprzęganie rezonansowe) - pozwala rozróżnić sygnały grup CH 3, CH 2, CH i czwartorzędowego atomu węgla. Do obserwacji odsprzęgania pozarezonansowego stosuje się częstotliwość bliską przesunięciu chemicznemu, ale nie odpowiadającą częstotliwości rezonansowej sygnału. To tłumienie prowadzi do zmniejszenia liczby interakcji do tego stopnia, że rejestrowane są tylko te bezpośrednie. J interakcje (C,H).
Geminal interakcja - oddziaływanie między jądrami oddzielonymi dwoma wiązaniami.
Spektroskopia korelacji heterojądrowej (HETCOR)- w tych eksperymentach przesunięcia chemiczne widm 1H są umieszczone na jednej osi, podczas gdy przesunięcia chemiczne 13C są umieszczone na drugiej osi. HETCOR - heterojądrowy wariant COSY, który wykorzystuje pośrednie heterojądrowe interakcje spin-spin między 1 H a 13 C.
HMQC - HETeronjądrowyMultiQuantumKorelacja- rejestracja 1 N z odsprzężeniem od 13 C.
HSQC - HETERonuklearna korelacja wielokwantowa- Opcja HMQC
COLOC - KORrelacja długa (bardzo długa)
HMBC (korelacja heterojądrowa wielu wiązań)- wariant eksperymentu HMQC do wykrywania heterojądrowych oddziaływań spin-spin dalekiego zasięgu. HMBC zapewnia wyższy stosunek sygnału do szumu niż eksperyment HMQC.
Współczynnik żyromagnetyczny (γ ) - jedna z cech właściwości magnetycznych jądra.
Interakcja homoalilityczna- oddziaływanie poprzez 5 wiązań w układzie allilowym.
Dalej interakcja - oddziaływanie pomiędzy jądrami oddzielonymi więcej niż 3 ogniwami (zwykle 4-5 ogniwami).
Czujnik- urządzenie zapewniające transmisję impulsów do próbki i rejestrację sygnałów rezonansowych. Czujniki są szerokopasmowe i selektywnie dostrojone. Są instalowane w obszarze aktywnym magnesu.
Kąt dwuścienny (skrętny).- kąt utworzony przez dwie płaszczyzny pomiędzy rozważanymi połączeniami.
DwuwymiarowyJ-widma. Dwuwymiarowa spektroskopia J charakteryzuje się obecnością jednej współrzędnej częstotliwości związanej z SSV i drugiej współrzędnej związanej z przesunięciami chemicznymi. Najbardziej rozpowszechniona jest reprezentacja konturowa dwuwymiarowych widm J w dwóch wzajemnie prostopadłych współrzędnych.
Dwuwymiarowa spektroskopia NMR - eksperymenty z wykorzystaniem sekwencji impulsów, co pozwala na otrzymanie widma NMR w reprezentacji, w której informacja jest rozłożona na dwie współrzędne częstotliwościowe i jest wzbogacona o informację o współzależności parametrów NMR. Rezultatem jest widmo kwadratowe z dwiema ortogonalnymi osiami i sygnałem, który ma maksimum w reprezentacji częstotliwości w punkcie o współrzędnych (, ), tj. na przekątnej.
Skala delty (δ -scale) – skala, w której przesunięcie chemiczne protonów TMS przyjmuje się za zero.
Przesunięcie diamagnetyczne- przesunięcie sygnału rezonansowego do obszaru słabego pola (duże wartości δ ).
Cząsteczki diatropowe- odwołane od 4 N+2 elektrony π, które zgodnie z regułą Hückela są aromatyczne.
Dublet - sygnał dwóch oddziałujących jąder, który jest reprezentowany w widmie 1H NMR przez dwie linie o tej samej intensywności.
Jądra izochroniczne- jądra posiadające tę samą wartość przesunięcia chemicznego. Często są one równoważne chemicznie, to znaczy mają to samo środowisko chemiczne.
Całkowe natężenie sygnału(pole pod krzywą) – mierzone przez integrator i przedstawiane w postaci stopni, których wysokość jest proporcjonalna do pola i pokazuje liczba względna protony.
Spektroskopia impulsowa - metoda wzbudzania jąder magnetycznych - za pomocą krótkich i mocnych (kilkaset kilowatów) impulsów o wysokiej częstotliwości. Impuls o częstotliwości nośnej νo i czasie trwania tp tworzy pasmo wzbudzenia w zakresie częstotliwości +1/tp. Jeżeli długość impulsu wynosi kilka mikrosekund, a ν o odpowiada w przybliżeniu środkowi obszaru częstotliwości rezonansowej dla danego typu jąder, wówczas pasmo obejmie cały zakres częstotliwości, zapewniając jednoczesne wzbudzenie wszystkich jąder. W rezultacie rejestrowana jest wykładniczo zanikająca fala sinusoidalna (ESW). Zawiera informacje zarówno o częstotliwości, czyli właściwie o przesunięciu chemicznym, jak i o kształcie linii. Bardziej nam znaną postać – widmo w reprezentacji częstotliwości – uzyskuje się z SIS za pomocą procedury matematycznej zwanej transformatą Fouriera.
Pulsacyjne NMR- metoda wzbudzania jąder magnetycznych za pomocą krótkich i silnych (kilkaset kilowatów) impulsów o wysokiej częstotliwości. Podczas impulsu wszystkie jądra jednocześnie są wzbudzone, a następnie, po ustaniu impulsu, jądra powracają (relaksują się) do pierwotnego stanu podstawowego. Utrata energii w wyniku relaksacji jąder prowadzi do pojawienia się sygnału będącego sumą sygnałów ze wszystkich jąder i opisanego dużą liczbą tłumionych krzywe sinusoidalne w skali czasu, z których każdy odpowiada określonej częstotliwości rezonansowej.
Stała interakcji spin-spin (SSIC)- ilościowa charakterystyka oddziaływania różnych jąder.
Spektroskopia korelacyjna (COSY) - poeksperymentuj z dwoma impulsami 90 o. W tego typu dwuwymiarowej spektroskopii przesunięcia chemiczne jąder magnetycznych ze sprzężeniem spinowym są skorelowane. Dwuwymiarowa spektroskopia COSY, pod pewnymi warunkami, pomaga ujawnić obecność bardzo małych stałych, które są zwykle niewidoczne w widmach jednowymiarowych.
PRZYTULNY- eksperymenty, w których zmienia się czas trwania impulsu. Umożliwia to zmniejszenie rozmiaru pików ukośnych, które utrudniają identyfikację pobliskich pików poprzecznych (COSY45, COSY60).
DQF-COSY - filtr podwójnie kwantyzowany - tłumi singlety na przekątnej i odpowiadające im zakłócenia.
COSYLR (długi stopień)- eksperyment COSY, który pozwala określić oddziaływania dalekiego zasięgu.
TOCSY - CałkowityKorelacjaSpektroskopia- tryb fotografowania, który pozwala uzyskać piki poprzeczne pomiędzy wszystkimi spinami układu w widmie nasyconym sygnałami poprzez przeniesienie namagnesowania poprzez wiązania w badanym fragmencie struktury. Najczęściej używany do badania biomolekuł.
Częstotliwość Larmora- częstotliwość precesji w NMR.
Odpowiednik magnetyczny to te jądra, które mają tę samą częstotliwość rezonansową i wspólną charakterystyczną wartość stałej interakcji spin-spin z jądrami dowolnej sąsiedniej grupy.
Spójności wielokwantowe- stany superpozycji, gdy dwa lub więcej oddziałujących spinów ½ ulega jednoczesnej reorientacji.
Wielowymiarowy NMR- rejestracja widm NMR w więcej niż jednej skali częstotliwości.
Multiplet - sygnał jednej grupy, który pojawia się w postaci kilku linii.
Pośrednia interakcja spinowa - interakcja między jądrami, która jest przenoszona w cząsteczce poprzez system wiązań i nie jest uśredniana podczas szybkiego ruchu molekularnego.
Cząsteczki paramagnetyczne - cząstki zawierające niesparowany elektron, który ma bardzo duży moment magnetyczny.
Przesunięcie paramagnetyczne- przesunięcie sygnału rezonansowego w obszar silnego pola (duże wartości δ ).
Cząsteczki paratropowe - anulowane liczbą elektronów π równą 4 N.
Stała bezpośredniego oddziaływania spin-spin wynosi stała charakteryzująca oddziaływanie pomiędzy jądrami oddzielonymi jednym wiązaniem.
Bezpośrednia interakcja spin-spin- interakcja między jądrami, która jest przenoszona w przestrzeni.
Sygnał rezonansowy - linia widmowa odpowiadająca absorpcji energii podczas przejścia między stanami własnymi spowodowanego przez oscylator wysokiej częstotliwości.
Procesy relaksacyjne - utrata energii na wyższym poziomie i powrót na niższy poziom energii w wyniku procesów niepromienistych.
Z wibrowanie- stopniowa zmiana pola magnetycznego, w wyniku której osiągane są warunki rezonansowe.
Widma pierwszego rzędu- widma, w których różnica przesunięć chemicznych poszczególnych grup magnetycznie równoważnych jąder ν o znacznie większa niż stała interakcji spin-spin J .
Relaksacja spinowo-sieciowa - proces relaksacji (utraty energii), którego mechanizm związany jest z oddziaływaniem z lokalnymi polami elektromagnetycznymi otoczenia.
Relaks typu spin-spin - proces relaksacji zachodzi w wyniku przeniesienia energii z jednego wzbudzonego jądra do drugiego.
Oddziaływanie spinowo-spinowe elektronów- oddziaływanie wynikające z oddziaływania magnetycznego różnych jąder, które może być przekazywane poprzez elektrony lub wiązania chemiczne bezpośrednio niezwiązanych jąder.
System wirowania- jest to grupa jąder, które oddziałują ze sobą, ale nie oddziałują z jądrami niebędącymi częścią układu spinowego.
Przesunięcie chemiczne - przemieszczenie sygnału badanego jądra względem sygnału jąder substancji wzorcowej.
Chemicznie równoważne jądra- jądra, które mają tę samą częstotliwość rezonansową i to samo środowisko chemiczne.
Shimmies - w spektroskopii NMR jest to nazwa nadana cewkom elektromagnetycznym, które wytwarzają pola magnetyczne o niskim natężeniu, które korygują niejednorodności w silnym polu magnetycznym.
Wymiana szerokopasmowa(oddzielenie łącza szerokopasmowego 1 N) - zastosowanie silnego naświetlania, które obejmuje cały zakres przesunięć chemicznych protonów, w celu całkowitego usunięcia wszystkich oddziaływań 13 C 1 H.
Zastawianie - zmiana położenia sygnału rezonansowego pod wpływem indukowanych pól magnetycznych innych jąder.
Efekt Van der Waalsa- efekt powstający podczas silnego oddziaływania przestrzennego protonu z sąsiednią grupą i powodujący zmniejszenie sferycznej symetrii rozkładu elektronów oraz wzrost udziału paramagnetycznego w efekcie ekranowania, co z kolei prowadzi do przesunięcia sygnału do słabszego pola.
Efekt Zeemana- rozszczepienie poziomów energii w polu magnetycznym.
Efekt dachu- wzrost intensywności linii centralnych i spadek intensywności linii odległych w multiplecie.
Efekt anizotropii magnetycznej(tzw. stożek anizotropii) powstaje w wyniku narażenia na pola magnetyczne indukowane wtórnie.
Jądrowy rezonans kwadrupolowy (NQR) - obserwowane dla jąder ze spinową liczbą kwantową I > 1/2 ze względu na niesferyczny rozkład ładunku jądrowego. Jądra takie mogą oddziaływać z gradientami zewnętrznych pól elektrycznych, zwłaszcza z gradientami pól powłok elektronowych cząsteczki, w której znajduje się jądro, oraz posiadać stany spinowe charakteryzujące się różnymi energiami nawet przy braku przyłożonego zewnętrznego pola magnetycznego.
Magneton jądrowy Wartość magnetonu jądrowego oblicza się ze wzoru:
Magnetyczny rezonans jądrowy(NMR) to zjawisko fizyczne wykorzystywane do badania właściwości cząsteczek podczas napromieniania jąder atomowych falami radiowymi w polu magnetycznym.
Czynnik nuklearny - stosunek ładunku jądra do jego masy.
Spektroskopia NMR jest nieniszczącą metodą analizy. Nowoczesny pulsacyjna spektroskopia Fouriera NMR umożliwia analizę przy 80 mag. rdzenie. Spektroskopia NMR jest jedną z głównych. Fiz.-Chem. metod analizy, jej dane służą do jednoznacznej identyfikacji w postaci przedziałów. produkty chemiczne r-cje i celowanie do wewnątrz. Oprócz przypisań strukturalnych i ilości. analiza, spektroskopia NMR dostarcza informacji o równowagach konformacyjnych, dyfuzji atomów i cząsteczek w ciałach stałych, wewnętrznych. ruchy, wiązania wodorowe i asocjacja w cieczach, tautomeryzm keto-enolowy, metalo- i prototropia, porządek i rozkład jednostek w łańcuchach polimerowych, adsorpcja substancji, struktura elektronowa kryształów jonowych, ciekłych kryształów itp. Źródłem informacji jest spektroskopia NMR na strukturę biopolimerów, w tym cząsteczek białek w roztworach, o wiarygodności porównywalnej z danymi analizy dyfrakcji promieni rentgenowskich. W latach 80 Szybkie wprowadzenie do medycyny metod spektroskopii NMR i tomografii rozpoczęło się w celu diagnozowania złożonych chorób i badań lekarskich populacji.
Liczba i położenie linii w widmach NMR jednoznacznie charakteryzuje wszystkie frakcje ropy naftowej syntetycznej. guma, tworzywa sztuczne, łupki, węgiel, leki, leki, produkty chemiczne. i farmaceutyczne prom-sti itp.
Intensywność i szerokość linii NMR wody lub oleju pozwala na dokładny pomiar wilgotności i zawartości oleju w nasionach oraz bezpieczeństwo ziarna. Odstrajając się od sygnałów wodnych, możliwa jest rejestracja zawartości glutenu w każdym ziarnie, co podobnie jak analiza zawartości oleju pozwala na przyspieszoną selekcję rolniczą. uprawy
Stosowanie coraz silniejszych magnesów. pól (do 14 T w urządzeniach seryjnych i do 19 T w instalacjach doświadczalnych) zapewnia możliwość pełnego określenia struktury cząsteczek białek w roztworach, ekspresową analizę biolu. płyny (stężenia endogennych metabolitów we krwi, moczu, limfie, płynie mózgowo-rdzeniowym), kontrola jakości nowych materiałów polimerowych. W tym przypadku stosuje się liczne warianty wielokwantowej i wielowymiarowej spektroskopii Fouriera. techniki.
Zjawisko NMR odkryli F. Bloch i E. Purcell (1946), za co otrzymali Nagrodę Nobla (1952).
Zjawisko magnetycznego rezonansu jądrowego można wykorzystać nie tylko w fizyce i chemii, ale także w medycynie: organizm ludzki jest zbiorem tych samych cząsteczek organicznych i nieorganicznych.
Aby zaobserwować to zjawisko, obiekt umieszcza się w stałym polu magnetycznym i poddaje działaniu częstotliwości radiowej i gradientowych pól magnetycznych. W cewce indukcyjnej otaczającej badany obiekt powstaje zmienna siła elektromotoryczna (PEM), której widmo amplitudowo-częstotliwościowe oraz charakterystyka czasowo-niejedna niosą informację o gęstości przestrzennej rezonujących jąder atomowych, a także innych parametrach charakterystycznych tylko dla magnetyczny rezonans jądrowy. Komputerowe przetwarzanie tych informacji generuje trójwymiarowy obraz, który charakteryzuje gęstość chemicznie równoważnych jąder, czasy relaksacji jądrowego rezonansu magnetycznego, rozkład szybkości przepływu płynu, dyfuzję cząsteczek i biochemiczne procesy metaboliczne w żywych tkankach.
Istotą introskopii NMR (czyli obrazowania metodą rezonansu magnetycznego) jest w istocie realizacja szczególnego rodzaju analizy ilościowej amplitudy sygnału jądrowego rezonansu magnetycznego. W konwencjonalnej spektroskopii NMR dąży się do uzyskania jak najlepszej rozdzielczości linii widmowych. Aby to osiągnąć, systemy magnetyczne są dostosowywane w taki sposób, aby uzyskać możliwie najlepszą jednorodność pola w próbce. Natomiast w metodach introskopii NMR wytworzone pole magnetyczne jest oczywiście nierównomierne. Zatem istnieją podstawy, aby oczekiwać, że częstotliwość jądrowego rezonansu magnetycznego w każdym punkcie próbki ma swoją wartość, różniącą się od wartości w innych częściach. Ustawiając dowolny kod gradacji amplitudy sygnałów NMR (jasność lub kolor na ekranie monitora), można uzyskać konwencjonalny obraz (tomogram) przekrojów wewnętrznej struktury obiektu.
Introskopia NMR i tomografia NMR zostały po raz pierwszy wynalezione na świecie w 1960 roku przez V. A. Iwanowa. Niekompetentny ekspert odrzucił zgłoszenie wynalazku (metody i urządzenia) „...ze względu na oczywistą bezużyteczność proponowanego rozwiązania”, więc zaświadczenie o prawie autorskim na ten temat wydano dopiero ponad 10 lat później. Tym samym oficjalnie uznaje się, że autorem tomografii NMR nie jest zespół niżej wymienionych laureatów Nagrody Nobla, lecz rosyjski naukowiec. Pomimo tego faktu prawnego Nagrodę Nobla przyznano za tomografię NMR, a nie urządzenia V. A. Iwanow
Do dokładnego badania widm nie wystarczą już takie proste urządzenia jak wąska szczelina ograniczająca wiązkę światła i pryzmat. Potrzebne są instrumenty zapewniające wyraźne widmo, czyli takie, które potrafią dobrze oddzielić fale o różnej długości i nie pozwalają na nakładanie się poszczególnych części widma. Urządzenia takie nazywane są urządzeniami spektralnymi. Najczęściej główną częścią aparatu widmowego jest pryzmat lub siatka dyfrakcyjna.
ELEKTRONICZNY REZONANS PARAMAGNETYCZNY
Istota metody
Istotą zjawiska elektronowego rezonansu paramagnetycznego jest rezonansowa absorpcja promieniowania elektromagnetycznego przez niesparowane elektrony. Elektron ma spin i związany z nim moment magnetyczny.
Jeśli umieścimy wolny rodnik z powstałym momentem pędu J w polu magnetycznym o natężeniu B 0 , to dla J niezerowego usuwana jest degeneracja w polu magnetycznym i w wyniku oddziaływania z polem magnetycznym 2J+1 powstają poziomy, których położenie opisuje wyrażenie: W =gβB 0 M, (gdzie M = +J, +J-1, …-J) i jest określone przez oddziaływanie Zeemana pola magnetycznego z momentem magnetycznym J. Na rysunku pokazano podział poziomów energii elektronów.
Poziomy energii i dozwolone przejścia dla atomu o spinie jądrowym 1 w polu stałym (A) i zmiennym (B).
Jeśli teraz przyłożymy do centrum paramagnetycznego pole elektromagnetyczne o częstotliwości ν, spolaryzowane w płaszczyźnie prostopadłej do wektora pola magnetycznego B 0 , to spowoduje to przejścia dipolowe magnetyczne zgodne z zasadą selekcji ΔM = 1. Gdy energia przejście elektronowe pokrywa się z energią fali fotoelektromagnetycznej, nastąpi reakcja rezonansowa absorpcji promieniowania mikrofalowego. Zatem warunek rezonansu jest określony przez podstawową zależność rezonansu magnetycznego
Absorpcję energii pola mikrofalowego obserwuje się, jeśli pomiędzy poziomami występuje różnica populacji.
W równowadze termicznej występuje niewielka różnica w populacjach poziomów Zeemana, określona rozkładem Boltzmanna = exp(gβB 0 /kT). W takim układzie, gdy przejścia są wzbudzone, bardzo szybko powinna nastąpić równość populacji podpoziomów energii i powinna zaniknąć absorpcja pola mikrofalowego. Jednak w rzeczywistości istnieje wiele różnych mechanizmów interakcji, w wyniku których elektron przechodzi do stanu pierwotnego bez promieniowania. Efekt stałej intensywności absorpcji wraz ze wzrostem mocy występuje z powodu elektronów, które nie mają czasu na relaks i nazywa się nasyceniem. Nasycenie pojawia się przy dużej mocy promieniowania mikrofalowego i może znacząco zniekształcić wyniki pomiaru koncentracji centrów metodą EPR.
Wartość metody
Metoda EPR dostarcza unikalnych informacji o centrach paramagnetycznych. Wyraźnie odróżnia jony domieszkowe zawarte w siatce izomorficznie od mikrowtrąceń. W tym przypadku uzyskuje się pełną informację o danym jonu w krysztale: wartościowość, koordynację, lokalną symetrię, hybrydyzację elektronów, ile i w jakich pozycjach strukturalnych elektronów się on zawiera, orientację osi pola krystalicznego w lokalizację tego jonu, pełną charakterystykę pola krystalicznego i szczegółowe informacje o wiązaniu chemicznym. I co bardzo ważne, metoda pozwala na wyznaczenie koncentracji centrów paramagnetycznych w obszarach kryształu o różnej strukturze.
Ale widmo EPR to nie tylko charakterystyka jonu w krysztale, ale także samego kryształu, cechy rozkładu gęstości elektronowej, pola krystalicznego, jonowości-kowalencji w krysztale i wreszcie po prostu cecha diagnostyczna minerał, ponieważ każdy jon w każdym minerale ma swoje własne, unikalne parametry. W tym przypadku centrum paramagnetyczne jest swego rodzaju sondą, dostarczającą charakterystyki spektroskopowej i strukturalnej swojego mikrośrodowiska.
Właściwość ta wykorzystywana jest w tzw. metoda znaczników i sond spinowych, polegająca na wprowadzeniu do badanego układu stabilnego centrum paramagnetycznego. Jako takie centrum paramagnetyczne stosuje się z reguły rodnik nitroksylowy, charakteryzujący się anizotropią G I A tensory.
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) jest najpotężniejszym narzędziem do wyjaśniania struktury substancji organicznych. W tego typu spektroskopii badaną próbkę umieszcza się w polu magnetycznym i poddaje działaniu promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej.
(kliknij, aby zobaczyć skan)
Ryż. 11-13. Protony w polu magnetycznym: a - przy braku pola magnetycznego; b - w zewnętrznym polu magnetycznym; c - w zewnętrznym polu magnetycznym po absorpcji promieniowania o częstotliwości radiowej (spiny zajmują wyższy poziom energii)
promieniowanie. Atomy wodoru w różnych częściach cząsteczki pochłaniają promieniowanie o różnych długościach fal (częstotliwościach). W pewnych warunkach inne atomy mogą również absorbować promieniowanie o częstotliwości radiowej, ale ograniczymy się do rozważenia spektroskopii na atomach wodoru jako najważniejszego i najbardziej powszechnego rodzaju spektroskopii NMR.
Jądro atomu wodoru składa się z jednego protonu. Proton ten obraca się wokół własnej osi i, jak każdy obracający się naładowany obiekt, jest magnesem. W przypadku braku zewnętrznego pola magnetycznego spiny protonów są zorientowane losowo, ale w polu magnetycznym możliwe są tylko dwie orientacje spinów (ryc. 11-13), które nazywane są stanami spinowymi. Stany spinowe, w których moment magnetyczny (pokazany strzałką) jest zorientowany wzdłuż pola, mają nieco niższą energię niż stany spinowe, w których moment magnetyczny jest zorientowany przeciwnie do pola. Różnica energii między dwoma stanami spinowymi odpowiada energii fotonu promieniowania o częstotliwości radiowej. Kiedy promieniowanie to oddziałuje na badaną próbkę, protony przechodzą z niższego poziomu energetycznego na wyższy, a energia jest absorbowana.
Atomy wodoru w cząsteczce znajdują się w różnych środowiskach chemicznych. Niektóre z nich wchodzą w skład grup metylowych, inne są połączone z atomami tlenu lub pierścieniem benzenowym, inne znajdują się obok wiązań podwójnych itp. Ta niewielka różnica w środowisku elektronicznym wystarczy, aby zmienić różnicę energii pomiędzy stanami spinowymi, a co za tym idzie, częstotliwość pochłanianego promieniowania.
Widmo NMR powstaje w wyniku absorpcji promieniowania o częstotliwości radiowej przez substancję znajdującą się w polu magnetycznym. Spektroskopia NMR pozwala na rozróżnienie atomów wodoru w cząsteczce znajdujących się w różnych środowiskach chemicznych.
Widma NMR
Skanując częstotliwość promieniowania przy określonych wartościach częstotliwości, obserwuje się absorpcję promieniowania przez atomy wodoru w cząsteczce, a konkretna wartość częstotliwości absorpcji zależy od otoczenia atomów
Ryż. 11-14. Typowe widmo NMR: a - widmo; b - krzywa całkowa określająca powierzchnię piku
wodór. Wiedząc, w którym obszarze widma znajdują się piki absorpcji poszczególnych typów atomów wodoru, można wyciągnąć pewne wnioski na temat budowy cząsteczki. Na ryc. Ryciny 11-14 przedstawiają typowe widmo NMR substancji, w której występują trzy rodzaje atomów wodoru. Położenie sygnałów na skali przesunięcia chemicznego 5 jest mierzone w częściach na milion (ppm) częstotliwości radiowej. Zwykle wszystkie sygnały zlokalizowane są w obszarze pokazanym na ryc. 11-14, przesunięcia chemiczne sygnałów wynoszą 1,0, 3,5, a prawa część widma nazywana jest obszarem wysokiego pola, a lewa nazywana jest obszarem niskiego pola. W widmach NMR piki są tradycyjnie pokazywane raczej w górę niż w dół, jak w widmach IR.
Aby zinterpretować widmo i uzyskać z niego informacje strukturalne, ważne są trzy rodzaje parametrów widmowych:
1) położenie sygnału na skali (charakteryzuje rodzaj atomu wodoru);
2) obszar sygnału (charakteryzuje liczbę atomów wodoru danego typu);
3) krotność (kształt) sygnału (charakteryzuje liczbę blisko położonych atomów wodoru innych typów).
Przyjrzyjmy się bliżej tym parametrom na przykładzie widma chloroetanu (ryc. 11-15). Przede wszystkim zwróćmy uwagę na położenie sygnałów w widmie, czyli inaczej mówiąc na wartości przesunięć chemicznych. Sygnał a (protony grupy mają wartość 1,0 ppm, co
Ryż. 11-15. Widmo NMR chloroetanu
(patrz skan)
wskazuje, że te atomy wodoru nie znajdują się obok atomu elektroujemnego, natomiast przesunięcie sygnału b (protony grupy ) wynosi. Wartości przesunięć chemicznych często występujących grup należy pamiętać w taki sam sposób, jak częstotliwości pasma absorpcji w widmach IR. Najważniejsze przesunięcia chemiczne podano w tabeli. 11-2.
Następnie analizujemy powierzchnię pików, która jest proporcjonalna do liczby atomów wodoru danego typu. Na ryc. 11-15 obszarów względnych jest oznaczonych liczbami w nawiasach. Definiuje się je za pomocą krzywej całkowej znajdującej się nad widmem. Obszar sygnału jest proporcjonalny do wysokości „skoku” krzywej całkowej. W omawianym widmie stosunek obszarów sygnału wynosi 2:3, co odpowiada stosunkowi liczby protonów metylenu do liczby protonów metylu
Na koniec rozważ kształt lub strukturę sygnałów, co zwykle nazywa się krotnością. Sygnał grupy metylowej to triplet (trzy piki), podczas gdy sygnał grupy metylenowej to cztery piki (kwartet). Wielokrotność dostarcza informacji o tym, ile atomów wodoru jest związanych z sąsiednim atomem węgla. Liczba pików w multiplecie jest zawsze o jeden większa niż liczba atomów wodoru sąsiedniego atomu węgla (Tabela 11-3).
Jeżeli zatem w widmie występuje sygnał singletowy, oznacza to, że w cząsteczce substancji znajduje się grupa atomów wodoru, w pobliżu której nie ma innych atomów wodoru. W widmie na rys. 11-15 sygnałem grupy megylowej jest triplet. Oznacza to, że obok atomu węgla znajdują się dwa atomy wodoru.
Podobnie sygnał grupy metylenowej jest kwartetem, ponieważ w sąsiedztwie znajdują się trzy atomy wodoru.
Przydatna jest nauka przewidywania oczekiwanego widma NMR na podstawie wzoru strukturalnego substancji. Po opanowaniu tej procedury łatwo przejść do rozwiązania problemu odwrotnego - ustalenia struktury substancji na podstawie jej widma NMR. Poniżej zobaczysz przykłady przewidywania widm na podstawie struktury. Następnie zostaniesz poproszony o interpretację widm w celu określenia struktury nieznanej substancji.
Przewidywanie widm NMR na podstawie wzoru strukturalnego
Aby przewidzieć widma NMR, postępuj zgodnie z poniższymi procedurami.
1. Narysuj pełny wzór strukturalny substancji.
2. Zakreśl równoważne atomy wodoru. Określ liczbę atomów wodoru każdego rodzaju.
3. Korzystanie ze stołu. 11-2 (lub twoją pamięć), określ przybliżone wartości przesunięć chemicznych sygnałów każdego rodzaju atomu wodoru.
(kliknij, aby zobaczyć skan)
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego jest jedną z najpowszechniejszych i bardzo czułych metod określania struktury związków organicznych, pozwalającą uzyskać informacje nie tylko o składzie jakościowym i ilościowym, ale także o położeniu atomów względem siebie. Różne techniki NMR dają wiele możliwości określenia struktury chemicznej substancji, stanów konfirmacji cząsteczek, skutków wzajemnego oddziaływania i przemian wewnątrzcząsteczkowych.
Metoda jądrowego rezonansu magnetycznego ma wiele charakterystycznych cech: w przeciwieństwie do optycznych widm molekularnych, absorpcja promieniowania elektromagnetycznego przez substancję zachodzi w silnym, jednorodnym zewnętrznym polu magnetycznym. Ponadto, aby przeprowadzić badanie NMR, doświadczenie musi spełniać szereg warunków odzwierciedlających ogólne zasady spektroskopii NMR:
1) rejestracja widm NMR jest możliwa tylko dla jąder atomowych posiadających własny moment magnetyczny lub tzw. jąder magnetycznych, w których liczba protonów i neutronów jest taka, że liczba masowa jąder izotopowych jest nieparzysta. Wszystkie jądra o nieparzystej liczbie masowej mają spin I, którego wartość wynosi 1/2. Zatem dla jąder 1 H, 13 C, l 5 N, 19 F, 31 R wartość spinu wynosi 1/2, dla jąder 7 Li, 23 Na, 39 K i 4 l R spin wynosi 3/2 . Jądra o parzystej liczbie masowej albo nie mają żadnego spinu, jeśli ładunek jądrowy jest parzysty, albo mają całkowitą wartość spinu, jeśli ładunek jest nieparzysty. Tylko te jądra, których spin wynosi I 0, mogą wytworzyć widmo NMR.
Obecność spinu związana jest z cyrkulacją ładunku atomowego wokół jądra, dlatego powstaje moment magnetyczny μ . Obracający się ładunek (na przykład proton) o momencie pędu J wytwarza moment magnetyczny μ=γ*J . Moment pędu jądrowego J i moment magnetyczny μ powstający podczas obrotu można przedstawić w postaci wektorów. Ich stały stosunek nazywany jest współczynnikiem żyromagnetycznym γ. To właśnie ta stała określa częstotliwość rezonansową rdzenia (ryc. 1.1).
Rysunek 1.1 - Obracający się ładunek z momentem kątowym J wytwarza moment magnetyczny μ=γ*J.
2) metoda NMR bada absorpcję lub emisję energii w nietypowych warunkach tworzenia widma: w przeciwieństwie do innych metod spektralnych. Widmo NMR rejestruje się dla substancji znajdującej się w silnym, jednolitym polu magnetycznym. Takie jądra w polu zewnętrznym mają różne wartości energii potencjalnej w zależności od kilku możliwych (skwantowanych) kątów orientacji wektora μ względem wektora natężenia zewnętrznego pola magnetycznego H 0 . W przypadku braku zewnętrznego pola magnetycznego momenty magnetyczne lub spiny jąder nie mają określonej orientacji. Jeśli jądra magnetyczne o spinie 1/2 zostaną umieszczone w polu magnetycznym, wówczas część spinów jądrowych będzie przebiegać równolegle do linii pola magnetycznego, a część przeciwnie. Te dwie orientacje nie są już energetycznie równoważne i mówi się, że spiny są rozłożone na dwóch poziomach energii.
Spiny z momentem magnetycznym zorientowanym wzdłuż pola +1/2 oznaczone są symbolem | α >, o orientacji antyrównoległej do pola zewnętrznego -1/2 - symbol | β > (Rys. 1.2) .
Rysunek 1.2 - Tworzenie poziomów energii po przyłożeniu zewnętrznego pola H 0.
1.2.1 Spektroskopia NMR na jądrach 1H. Parametry widm PMR.
Do rozszyfrowania danych widm 1H NMR i przypisania sygnałów wykorzystuje się główne charakterystyki widm: przesunięcie chemiczne, stałą interakcji spin-spin, zintegrowane natężenie sygnału, szerokość sygnału [57].
A) Przesunięcie chemiczne (C.C). Skala H.S Przesunięcie chemiczne to odległość między tym sygnałem a sygnałem substancji odniesienia, wyrażona w częściach na milion zewnętrznego natężenia pola.
Tetrametylosilan [TMS, Si(CH 3) 4], zawierający 12 strukturalnie równoważnych, silnie ekranowanych protonów, jest najczęściej stosowany jako standard do pomiaru przesunięć chemicznych protonów.
B) Stała interakcji spin-spin. W widmach NMR o wysokiej rozdzielczości obserwuje się rozszczepienie sygnału. To rozszczepienie lub drobna struktura w widmach o wysokiej rozdzielczości wynika z interakcji spin-spin pomiędzy jądrami magnetycznymi. Zjawisko to, wraz z przesunięciem chemicznym, jest najważniejszym źródłem informacji o budowie złożonych cząsteczek organicznych i rozmieszczeniu w nich chmury elektronów. Nie zależy to od H0, ale zależy od struktury elektronowej cząsteczki. Sygnał jądra magnetycznego oddziałującego z innym jądrem magnetycznym rozkłada się na kilka linii w zależności od liczby stanów spinowych, tj. zależy od spinów jąder I.
Odległość między tymi liniami charakteryzuje energię sprzężenia spin-spin pomiędzy jądrami i nazywana jest stałą sprzężenia spin-spin n J, gdzie N-liczba wiązań oddzielających oddziałujące jądra.
Istnieją stałe bezpośrednie J HH, stałe geminalne 2 J HH , stałe wicynalne 3 J HH i niektóre stałe dalekiego zasięgu 4 J HH , 5JHH.
- stałe geminalne 2 J HH mogą być zarówno dodatnie, jak i ujemne i zajmują zakres od -30 Hz do +40 Hz.
Stałe wicynalne 3 J HH zajmują zakres 0 20 Hz; prawie zawsze są pozytywne. Ustalono, że oddziaływanie wicynalne w układach nasyconych bardzo silnie zależy od kąta pomiędzy wiązaniami węgiel-wodór, czyli od kąta dwuściennego - (ryc. 1.3).
Rysunek 1.3 - Kąt dwuścienny φ pomiędzy wiązaniami węgiel-wodór.
Interakcja spin-spin dalekiego zasięgu (4 J HH , 5J HH ) - oddziaływanie dwóch jąder oddzielonych czterema lub więcej wiązaniami; stałe takiego oddziaływania wynoszą zwykle od 0 do +3 Hz.
Tabela 1.1 – Stałe interakcji spin-spin
B) Zintegrowana intensywność sygnału. Powierzchnia sygnałów jest proporcjonalna do liczby jąder magnetycznych rezonujących przy danym natężeniu pola, tak że stosunek obszarów sygnałów daje względną liczbę protonów każdej odmiany strukturalnej i nazywany jest zintegrowanym natężeniem sygnału. Nowoczesne spektrometry wykorzystują specjalne integratory, których odczyty zapisywane są w postaci krzywej, której wysokość stopni jest proporcjonalna do powierzchni odpowiednich sygnałów.
D) Szerokość linii. Aby scharakteryzować szerokość linii, zwykle mierzy się szerokość w odległości połowy wysokości od linii zerowej widma. Na eksperymentalnie zaobserwowaną szerokość linii składa się naturalna szerokość linii, która zależy od struktury i ruchliwości oraz poszerzenie spowodowane przyczynami instrumentalnymi
Zwykła szerokość linii w PMR wynosi 0,1-0,3 Hz, ale może się zwiększyć z powodu nakładania się sąsiednich przejść, które nie pokrywają się dokładnie, ale nie są rozdzielane jako oddzielne linie. Poszerzenie jest możliwe w obecności jąder o spinie większym niż 1/2 i wymianie chemicznej.
1.2.2 Zastosowanie danych 1H NMR do określenia struktury cząsteczek organicznych.
Rozwiązując szereg problemów analizy strukturalnej, oprócz tabel wartości empirycznych, Kh.S. Przydatne może być ilościowe określenie wpływu sąsiednich podstawników na Ch.S. zgodnie z zasadą addytywności skutecznych wkładów przesiewowych. W tym przypadku zwykle uwzględnia się podstawniki oddalone od danego protonu o nie więcej niż 2-3 wiązania, a obliczenia dokonuje się według wzoru:
δ=δ 0 +ε i *δ i (3)
gdzie δ 0 jest przesunięciem chemicznym protonów grupy standardowej;
δi jest udziałem podstawnika w przesiewaniu.
1.3 Spektroskopia NMR 13 C. Otrzymywanie i sposoby rejestracji widm.
Pierwsze doniesienia z obserwacji 13C NMR pojawiły się w 1957 roku, jednak transformacja spektroskopii 13C NMR w praktycznie stosowaną metodę badań analitycznych rozpoczęła się znacznie później.
Rezonans magnetyczny 13 C i 1 H mają ze sobą wiele wspólnego, ale są też istotne różnice. Najpopularniejszy izotop węgla 12 C ma I=0. Izotop 13 C ma I=1/2, ale jego naturalna zawartość wynosi 1,1%. Dzieje się tak wraz z faktem, że współczynnik żyromagnetyczny jąder 13 C wynosi 1/4 stosunku żyromagnetycznego dla protonów. Co zmniejsza czułość metody w doświadczeniach obserwacji 13C NMR 6000 razy w porównaniu z jądrami 1H.
a) bez tłumienia interakcji spin-spin z protonami. Widma 13C NMR otrzymane przy braku całkowitego tłumienia rezonansu spinowo-spinowego przez protony nazwano widmami o wysokiej rozdzielczości. Widma te zawierają pełną informację o stałych 13C - 1H. W stosunkowo prostych cząsteczkach oba typy stałych - bezpośrednie i dalekiego zasięgu - można znaleźć po prostu. Zatem 1 J (C-H) wynosi 125 - 250 Hz, jednak interakcja spin-spin może również wystąpić w przypadku bardziej odległych protonów ze stałymi mniejszymi niż 20 Hz.
b) całkowite tłumienie interakcji spin-spin z protonami. Pierwszy poważny postęp w dziedzinie spektroskopii 13C NMR wiąże się z zastosowaniem całkowitego tłumienia interakcji spin-spin z protonami. Zastosowanie całkowitego tłumienia interakcji spin-spin z protonami prowadzi do łączenia multipletów z utworzeniem linii singletowych, jeśli w cząsteczce nie ma innych jąder magnetycznych, takich jak 19 F i 31 P.
c) niecałkowite tłumienie interakcji spin-spin z protonami. Jednakże zastosowanie trybu całkowitego oddzielenia od protonów ma swoje wady. Ponieważ wszystkie sygnały węglowe mają teraz postać singletów, cała informacja o stałych interakcji spin-spin 13 C-1 H zostaje utracona. Zaproponowano metodę, która umożliwia częściowe przywrócenie informacji o stałych interakcji spin-spin 13 C-1H, zachowując jednocześnie większą część korzyści płynących z oddzielenia łączy szerokopasmowych. W tym przypadku w widmach pojawią się rozszczepienia ze względu na bezpośrednie stałe oddziaływania spin-spin 13 C - 1 H. Procedura ta umożliwia wykrycie sygnałów od nieprotonowanych atomów węgla, ponieważ te ostatnie nie mają protonów bezpośrednio związanych z 13 C i pojawiają się w widmach z niecałkowitym oddzieleniem od protonów jako singlety.
d) modulacja stałej interakcji CH, widmo JMODCH. Tradycyjnym problemem spektroskopii 13C NMR jest określenie liczby protonów związanych z każdym atomem węgla, tj. stopnia protonowania atomu węgla. Częściowe tłumienie przez protony umożliwia rozdzielenie sygnału węglowego z krotności spowodowanej stałymi interakcji spin-spin dalekiego zasięgu i uzyskanie rozszczepienia sygnału w wyniku bezpośrednich stałych sprzężenia 13C-1H, jednak w przypadku silnie sprzężonych układów spinowych AB a nakładanie się multipletów w trybie OFFR utrudnia jednoznaczne rozdzielenie sygnałów.