Comments 31
Бонусом мы получаем кучу ядер дейтерия в образце с заранее известным химсдвигом, по которым можем калиброваться как в процессе съемки, так и при обработке спектров.
Небольшая поправочка. Для калибровки сдвига и привязки остальных линий в протонном спектре сигнал от дейтерия использовать нельзя, т.к. у него резонансная частота раз в 7 ниже, чем у протона, и для регистрации его резонансного сигнала нужен, вообще говоря, отдельный датчик со своим радиочастотным трактом. Сигналы растворителя действительно используются для калибровки химсдвига спектров, только это сигналы от остаточных протонов растворителя, а не от дейтерия. В любом дейтерированном растворителе остаются доли процентов недейтерированных молекул. Их сигнал уже сравним по интенсивности с сигналом растворенного образца и не забивает целевой сигнал.
Сразу видно ЯМР-щика.
По дейтерию идет калибровка в процессе съемки (lock). Для этого есть отдельный канал, оптимизированный под 2Н, я об этом писал.
А калибровка химсдвига да, по residual protons делается. Но, чтобы правильно определить положение калибровочного сигнала, всë равно используется как точка отсчета сигнал лока.
При достаточно малой ширине импульса проявляется дисперсия частоты, то есть такой импульс представляет собой волновой пакет, в котором содержатся волны разной частоты, причем чем меньше время импульса, тем шире частотный диапазон волнового пакета.
Дисперсия тут ни при чем. Частота импульса может быть строго одного значения. Просто в силу закономерностей Фурье-преобразования любой сигнал небесконечной длительности представляет собой не точечный набор линий, а уже непрерывный сигнал определенного профиля. И ширина линии спектра обратно пропорциональна длительности самого сигнала. Соответственно, чем короче сигнал, тем шире его спектр, и наоборот.
Не побоюсь это слова и добавлю про sinc function для общего понимания почему импульсы так прижились в ЯМР с технической точки зрения.
Вот тут я категорически не согласен, даже не на уровне физики, а на уровне логики. Физическое явление не может быть следствием закономерностей математического преобразования, и это принципиальный момент. Это всë равно, что сказать, что импульс частицы пропорционален еë скорости и массе в силу закономерностей оператора умножения.
В реальном импульсе конечной длительности присутствует и может быть экспериментально зафиксирован непрерывный спектр частот в пределах определенной полосы. А закономерности преобразования Фурье - это способ описания явления, к этому приводящего. Может это и не дисперсия - настаивать не буду. Но явление, которое приводит к тому, что колебательный контур с постоянными параметрами при уменьшении длины импульса выдает всë более и более широкий спектр - первично. А матаппарат, который это явление описывает - это уже вторично. Млжет завтра кто-то его опишет средствами линейной алгебры - явление останется ровно тем же.
Сам спектр - чисто математическая абстракция, удобная для описания периодических сигналов. Никакой объективно наблюдаемой физической величины с названием "спектр" не существует. Спектр - это просто характеристика распределения амплитуд различных частот, в исходном сигнале, если мы попытаемся представить реальный временной сигнал как совокупность гармонических сигналов различной амплитуды. Это представление реального временного сигнала (который может быть вообще непохож на периодическую синусоиду) в виде совокупности распределения тех же синусоид - чисто математическая абстракция.
вода, и подавляющее большинство органических растворителей, содержат ядра 1Н.
Бывают растворители без водорода, вроде CCl4. Но они не для всех образцов подходят, к сожалению. С этим растворителем сигнала калибровки для химсдвига очевидно не получишь. Часто для получения эталонного сдвига в образец добавляют небольшое количество ТМС (тетраметилсилан), который обладает хорошо заметным линейным спектром в области около нуля ppm.
в чем растворять? Вопрос с подвохом ... нормально подавить можно только один сигнал ...
Подвох в том, что снимать (записывать спектры) приходится в том, в чем растворяется вещество, а влияние протонов растворителя и попытки этого избежать - это следствие. Поэтому все сложнее, чем на самом деле. В принципе, можно снимать в тетрахлорметане, если дело было в одних протонах (и так снимали, когда-то, и сейчас иногда снимают, только растворитель, мм, "запрещенный").
Я не особо представляю себе работу специалистов сильно завязанных на ямр, но, кажется, сейчас в среднем чаще используются сочетания вода-д2о (что-нибудь вроде 90%/10% H2O/D2O), потому что ямр сейчас чаще используется для изучения всяких разных биомолекул (в околонативном состоянии, где не избежать ямр-методов), а вот современные химики-органики как раз стараются избегать частого использования ямра, если можно избежать (кроме случаев, где не избежать, вроде конечных характеризаций для статей), потому что это все-таки довольно дорогой метод и добавляет раcходов.
Те же ожидания к настольным ямр приборам - вряд ли для рутинных методов, связанных с хроматографией будут фигурировать полностью дейтерированные растворители, наверное это снова будет какой-то реверсной с H2O/D2O, а классические полностью дейтерированные растворители останутся в учебниках и особых случаев, где никак не обойтись (случай органиков, в какой-нибудь сравнительно реактивной элементоорганике и т.д.).
Избежать использования ЯМР затруднительно, т.к. это практически единственный способ надежного определения структуры полученного вещества в сложных молекулах. Сам единичный спектр не особо дорог.
Это для сложных случаев (рутинно разве что для каких-то изменений, внутри/межмолекулярных) и конечной характеризации (где нужно показать набор разных методов, включая ямр, а еще лучше - рентгеноструктурник) разве что. А для рутинных работ, ямр дорог и далеко не во всех институтах есть (недорогие настольные именно для определения сложных структур не особенно пригодны). Имхо, статья академикоцентрична, оргхимиков, скорее всего, больше в промышленности, где вопрос цены не праздный (по сути, вся мировая промышленность - это химическая вольница, в той или иной мере, доля академических исследований с применением дейтерорастворителей в общей картине не так уж велика, имхо).
Это еще вопрос подготовки специалистов, бывает люди и протонники часами "копят". Нужно нам такое? -Нет не нужно.
Вот для биомолекул, другое дело, там и вопросы накоплений с какими нибудь азотниками в полный рост и общий прогресс в сторону сложных биомолекул.
Всë вообще не так, а ровно наоборот. Большинство органиков-синтетиков работает в академии или r&d большой фармы, где ЯМР есть и активно используется по умолчанию. На один спектр от биологов приходятся сотни спектров от органиков.
ЯМР является обязательным методом установления строения органического соединения, его можно заменить только РСА, и то не всегда.
Как это доказать? И где это будет точно так? Вангую, ваша группа в маленьком, 30-50 сотрудников факультете, каждый день 10-30 спектров (несколько протонников, четверть углеродников, остальное двумерки и эксперименты чуть похитрее), для которого хватит 400-ки (для экспериментов 500-ки, для более серьезных задач скорее всего нет). При этом большая часть спектров вовсе не для установления строения жутко неизвестного вещества (структура скорее всего известна, чистота - другой вопрос), а для публикаций. Вообще говоря, переводить метод ЯМР исключительно в область определения структур - заметно принижать возможности метода.
Большинство органиков-синтетиков работает в академии или r&d большой фармы
Ну вообще не правда, где вы столько "большой" фармы наберете, а в академии химики-органики часто занимаются не совсем "синтетической" органикой (а там уже ямр для других целей, определение структуры это только маленькая часть задач решаемых в академии). Каждый год выпускается множество химиков органиков и все попадают в большую фарму или остаются в небогатой академии и каждый из них каждый день делает по десятку ямр-экспериментов? Станиславского сюда нужно позвать.
Факультет в 30-50 человек? Вы, похоже, вообще не понимаете что говорите и даже отдаленно себе не представляете что такое органический синтез. Вам ниже, кстати, даже картинку приложили, наглядно демонстрирующую что "небогатая" академия является основным потребителем ЯМР.
10 спектров - это фракции пронализировать с одной колонки, за день у аспиранта или постдока 20-30 спектров легко набирается.
Вы там читать не пробовали?
по общему числу спектров наверное лидируют продукты и сельское хозяйство, потом химики и да органики
Специально для для вас выделил.
А если вы еще и голову включите, пройдете по ссылке и прочитаете, то вам откроется больше информации, включая кто основной потребитель (да это биологи/биохимики/структурщики, все верно, пожалуйста, не благодарите).
Небогатая академия для химиков-органиков, в смысле мало их в академии задерживается.
20-30 спектров легко набирается.
Я с вас фигею дорогая редакция, черт его знает где вы таких недорослей берете "10 спектров - это фракции пронализировать с одной колонки" - гнать таких нужно поганой метлой. Тем более для постдока, это провал ¯_(ツ)_/¯. Делать так можно, но не нужно (кроме разве целей обучения, это - святое). Либо это очень специфично и других вариантов попросту нет, либо это явно избыточно для каждодневного рутинного действия. Считаем более правильно - "25 и 100 рублей за образец (0.5 мл)" - иными словами минимально мусоризируется 25*10 = 250 в день (в месяц по вашему получится приблизительно 24 дня *250 = 6000 руб, нижняя граница только на растворители, скорее всего, вы столько не тратите все-же на одного человека) + дорогое время прибора (зависит от прибора, института и эксперимента, простейшие пару минут, 13С десяток, а сложные - часы) + мытье ампул (если они не одноразовые, время и средства, если одноразовые то приплюсовать порядка 200 руб, наверное) + бездумно потерянное время аспиранта = безумно дорого. Растворители можно регенерировать, но тоже не бесплатно. На эти деньги я лучше реактивов куплю. Ну впрочем если есть деньги и делать нечего, то можно ими топить, а на колонке делать десять фракций и их отдавать на ЯМР. Понимаете ли вы что такое органический синтез? - я бы ответил отрицательно, вы явно не понимаете. Нет это не бездумное сжигание ресурсов, это какая-то довольно дорогая деятельность, которая требует определенной рационализации трат, а "10 спектров и 10 фракций из колонки" подразумеваемое как рутинное действие - это либо аллегорическое преувеличение, либо непонимание.
Ну все может быть конечно, может там какой-то дорогой центр с одноразовыми ампулами и аспирантами, где синтезы в запаянных конструктах с обязательнейшей утилизацией абсолютно всех фракций посредством растворения в дейтерорастворителях и последующей отправкой в сторону Gaia BH1. Но столь богатые академические институты - не самое частое явление. Не знаю, имхо, частые рутинные эксперименты с использованием дейтерорастворителей обычно касаются смежных специалистов, например, биохимиков или, может физикохимиков (где ямр может быть основным инструментом), а не органиков (последние дороже в других моментах, а ЯМР - основной, но не единственный инструмент для характеризации и контроля реакций, для рутины он чрезмерен). Либо, возможно, это потогонка, где безразборный хардкорный брутфорс синтеза какой-нибудь однотипный ерунды ради публикаций - самоцель (и такое встречается), но это тоже не то чтобы частое явление. Было бы очень интересно оценить долю, приходящуюся на академических химиков-органиков/других химиков, биохимиков/структурщиков и разных промышленников. С моей точки зрения тратить десяток спектров на одного человека в день без какой-то сверхвысокой цели (обучение, в принципе - хорошая цель) - не слишком рационально и это скорее редкость (каждый день колонки не делают, как минимум, общее число за год в среднем так наверное и выйдет по одному на человека).
Пробовал. И в отличие от вас, читать я умею. Написано там "наверное лидируют продукты и сельское хозяйство". Ключевое слово я выделил жирным, без подсказки вы вряд ли догадаетесь, читатель хренов.
Если бы вы умели ещë и смотреть, то заметили бы, что наибольшую долю в каждом столбце гистограммы на картинке занимает темно-синий цвет, согласно легенде - Academic.
Давайте сначала научитесь читать, потом - анализировать инфографику, а потом уже сможете рот разевать про органический синтез. Пока что это явно не ваш уровень.
Вы когда читаете (а по видимому, попросту воображаете владение этим навыком), обратили внимание, что я вам посоветовал пройти по ссылке и посмотреть подробности "академик"?
Рот можете не закрывать, ваш уровень ясен. Закончите пхд, а дальше удачи вам, нахалка. Ну а так, пишете весело, напомнило трешписанину aridmoors и компании.
Очень интересный спор. Навскидку вот Кто-кого заборет кит или слон.
От себя замечу что по общему числу спектров наверное лидируют продукты и сельское хозяйство, потом химики и да органики (потому что везде и в институтах и в индустрии), а потом уж биологи (сложно уж очень). По Биг фирма слышал цифру 50 тысяч спектров с расшифровкой в год.
50 тысяч - это на какой масштаб? На лабу, департамент, компанию?
У нас на институт на рутину стоят 2 прибора с автосамплерами на 60 слотов, без простоев почти работают, рабочий день чисто на протонники, фтор и cosy, ночь на остальное и выходные/праздники на длительное накопление. В итоге выходит 400-500 спектров в день, и ещë 50-100 за ночь. 250 рабочих дней, делаем поправку на отпуска летом, обслуживание и форсмажоры, получаем около 100 тысяч в год. Сравнимо.
Чтобы раствор стал ещё изотропнее, его во время съемки спектра желательно перемешивать. Внутрь ампулы особо ничего не засунешь, магнитную мешалку использовать нельзя, поэтому ампулу раскручивают. Опять-таки никаких активных механизмов рядом с активной зоной особо не напихаешь, поэтому крутят сжатым воздухом, для чего на ампулу надевают турбинку и дуют.
Еще поправочка. Вращение добавляют не для перемешивания раствора (при долгом вращении все равно любая жидкость стабилизируется и никакого перемешивания не происходит), а для повышения однородности магнитного поля. Неоднородность может быть как в направлении продольной оси, так и в наплавлении двух поперечных. Вращение вокруг продольной оси позволяет усреднить значения поля в рамках образца за счет нивелирования неоднородностей в поперечных направлениях. При значениях частоты вращения в десятки герц (что на порядок больше, чем ширина спектра типичной линии сигнала ЯМР) это позволяет улучшить качество сигнала и сузить линии спектра. К сожалению, метод неприменим к сложным схемам импульсных последовательностей, требующих сохранения ориентации образца в пространстве для контроля вектора намагниченности.
Тоже совершенно верно замечено. Можно добавить интриги и отметить, что в ЯМР ТВЕРДЫХ тел образец тоже вращают, но под особым углом чтобы усреднить до нуля вклад дипольного взаимодействия между спинами в ширину линий.
В импульсном режиме, первым этапом съемки является облучение образца коротким импульсом радиоволнового излучения на несущей частоте (поляризующий импульс).
Уточню что в отличие от стационарного (непрерыного) метода наблюдения ЯМР в импульсном подходе импульс инициирующий ответ ядер лучше называть не поляризующим, а просто возбуждающими. Такой импульс отклоняет микроскопические магнитный момент обязанный ядерным спинам на определенный угол - 90 градусов для максимального эффекта. Таким образом создается поперечная (магнитному полю) намагниченность которая в свою очередь и индуцирует в приемной катушке сигнал свободной индукции. Этот сигнал является ответом спиновой системы подобно импульсным ответам электронных цепей. Что позволяет использовать всю палитру методов обработки таких сигналов начиная с преобразования Фурье.
По реализации в железе коснулись лишь магнитной конструкции, и ничего про СВЧ систему. Было бы интересно.
Ядерный магнитный резонанс, ЯМР. Часть 2