1D_Artifacts_Troubleshooting_CHS布魯克,核磁,bruker,NMR-文檔資料

1、12D NMR 實(shí)驗(yàn)簡介2 前面已經(jīng)介紹了絕大部分用于分析和理解脈沖序列的知識。接下來我們開始分析一些基本的1D脈沖序列。最簡單的1D脈沖序列是用于采集常規(guī)1D譜的序列。 根據(jù)脈沖所在的坐標(biāo)軸，我們分別用 90 x 或 90y 來表示外加射頻場B1 的方向。 三角形表示FID信號的采樣時(shí)段。D1AQnzxyzxMxyyMo90y采樣采樣脈脈沖沖90yD1AQ90y3在核磁共振實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)候溶劑的信號很強(qiáng)，ADC的資源基本上被用來描述溶劑峰而很少一部分用來描述實(shí)際的樣品以致樣品的信號被淹沒在噪音中。x 64問題：- 動態(tài)范圍;- 實(shí)際樣品的信號低S/N;-實(shí)際樣品的信號淹沒在基線噪音中;- 接近

2、水峰的信號”騎”在水峰上.解決方法：在采樣前壓制溶劑峰，常用的方法是預(yù)飽和。4使用一長約定2-5s而低的脈沖選擇的使溶劑峰達(dá)飽和狀態(tài)，然后用一硬900脈沖激發(fā)樣品。其結(jié)果是使接受器的增益參數(shù)增加而提高動態(tài)范圍及S/N。5.14.64.13.6ppmzgrg=1zgprrg=64壓水峰實(shí)驗(yàn):1. 脈沖序列 zgpr;2. 預(yù)飽和時(shí)間為 2s;3. O1移到水峰位置.4. 逐漸的增加脈沖強(qiáng)度;5.優(yōu)化勻場條件,并準(zhǔn)確調(diào)整O1位置.5 下面的脈沖序列是反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列，主要用于T1時(shí)間的測量。 我們對 p p 脈沖作用以后磁化矢量的變化做進(jìn)一步分析： 信號將會在縱向馳豫（T1）的作用下衰減，我們可以看到

3、不同的 tD將會如何影響FID和FT后的信號。180y (or x)90ytDzxyzxy180y (or x)tD6 對于不同 tD 延遲，我們所得到的信號強(qiáng)度會發(fā)生改變，改變的速度與它的 T1 馳豫時(shí)間有關(guān)。tD = 0zxyzxytD 0zxytD 0zxyzxyzxy90y90y90yFTFTFT7 自旋回波的脈沖序列如下： 我們分析 90y 脈沖后磁化矢量的變化：zxyxy xyxyxytD180y (or x)tD相位發(fā)散相位重聚90ytDtD180y (or x)8 前面我們已經(jīng)介紹了單脈沖和多脈沖的1D實(shí)驗(yàn)?；镜?D實(shí)驗(yàn)可以看作是重復(fù)一個多脈沖1D實(shí)驗(yàn)，同時(shí)同步系統(tǒng)的變化一個

4、延遲時(shí)間 tD。一個最簡單的例子就是變化采樣前的等待時(shí)間。 這樣我們就有了兩個時(shí)間域，一個是與1D實(shí)驗(yàn)相同的采樣時(shí)段。另一個是由變化的延遲時(shí)間 tD 所帶來的。tD1tD2tD3tDn9 對于二維譜脈沖序列通常可以分為以下四個部分： 第一個對自旋體系的擾動（脈沖）稱為準(zhǔn)備期。 變化的延遲時(shí)間 tD 稱為演化期， t1 稱為演化時(shí)間。 第三格部分為混合期。在混合期中相關(guān)的NMR信息從一部分核自旋傳遞到另一部分核自旋上。 最后是檢測期，這和1D實(shí)驗(yàn)檢測期的概念相同。 t1 是變化的延遲時(shí)間， t2 是普通的采樣時(shí)間。通過FT變化可以得到兩個頻率維 f1 和 f2。準(zhǔn)備期演化期演化期檢測期檢測期t1

5、t2混合期混合期10 最簡單的2D脈沖序列就是COSY 序列： 我們講分析一個偏共振的信號隨 t1 變化的情況。從第一個 p p / 2脈沖后開始：90 x90yt1t2yyzxyzxyxx90 x90 xw wow wo11 第二個 p p / 2 只會對 y 軸上的磁化矢量分量產(chǎn)生作用。 x 軸上的磁化矢量分量不受影響，但是 x 軸上磁化矢量分量的大小將受到它的頻率的影響。 A(t1) = Ao * cos(w wo * t1 )yyzxyzxy90 x90 xxxw wow wo12 如果把所有的1D譜平行疊放起來，我們可以得到： 現(xiàn)在一個坐標(biāo)軸已經(jīng)是頻率維（f2，來自于 t2），另一個

6、坐標(biāo)軸仍然是時(shí)間（t1）。 由于 t1 維信號強(qiáng)度的變化也是周期性的，我們可以得到一個類似于FID的信號。w wot1f2 (t2)t1A(t1)13FID的相位及振幅被t1調(diào)制也就等于譜圖的相位及振幅被t1調(diào)制。從傅立葉轉(zhuǎn)換中很容易看到這一點(diǎn)。FT (t2)t2t1t1f214 現(xiàn)在我們就有了 t1 維的FID，因此我們可以對 t1維的FID再進(jìn)行第二次的FT變化（第一次FT變換是對 t2維），這樣我們就可以得到一個二維譜圖。 我們在兩個頻率交匯處 得到一個信號峰。在此 信號峰位于對角線上。 為了分析譜圖的方便，2D譜通常以等高線的方式顯示。 不同等高線的顏色代表 不同的峰強(qiáng)度。w wow

7、wof2f1w wow wof2f115對t1進(jìn)行第二次傅立葉轉(zhuǎn)換就可以確定調(diào)制頻率。就是將所有譜圖的第一個點(diǎn)進(jìn)行傅立葉轉(zhuǎn)換，然后第二個點(diǎn)一直到所有的點(diǎn)。所得的譜圖就是一個單位均為頻率的兩維譜圖。FT (t1)f2f2f1t1162D NMR 譜圖常以輪廓圖表示而不用三維的方式。相同情況同樣使用在地圖上。1020304050602040600.511.5210203040506010203040506017 等高線模式顯示：f2f118F2 Dimension OBSERVE DimensionF1 Dimension Incremented DimensionDIAGONALCross pe

8、aks will appear here 同核 2D NMR 實(shí)驗(yàn)譜圖應(yīng)為正方形矩陣，1SW = 2SW (1TD 與 2TD 不用也相等)19 2D COSY (COrrelation SpectroscopY) 實(shí)驗(yàn)是最簡單，也是最廣泛應(yīng)用的2D NMR實(shí)驗(yàn)之一。它是基于直接J偶合進(jìn)行極化轉(zhuǎn)移的同核化學(xué)位移相關(guān)實(shí)驗(yàn)。因此，通過分析2D譜圖可以得到同核化學(xué)鍵相關(guān)的信息。COSY實(shí)驗(yàn)主要有兩種:COSY 45 的對角峰較小COSY 90 的信號較強(qiáng)COSY 60 介于以上兩者之間20 ppm1.01.52.02.53.03.54.04.5ppm1.01.52.02.53.03.54.04.5O

9、On-butyl acetate1234561654343521多量子濾波 COSY (COSY-MQF) 實(shí)驗(yàn)是COSY實(shí)驗(yàn)的衍生物，多量子濾波可以壓制低相干級數(shù)的信號。DQF-COSY 實(shí)驗(yàn)可以有效的壓制單量子相干的信號，如沒有偶合的甲基、溶劑等信號。DQF-COSY 實(shí)驗(yàn)的對角峰比普通COSY實(shí)驗(yàn)的對角峰窄，有利于觀察對角線附件的交叉峰。但是它的靈敏度比普通COSY實(shí)驗(yàn)要低。 22TQF-COSYCOSY-DQF-PHCOSY-DQF-PH-PR23基本的 NOESY 實(shí)驗(yàn)序列與其它同核2D實(shí)驗(yàn)的原理相似。在90 1H 激發(fā)脈沖后，橫向磁化矢量在 t1 時(shí)間內(nèi)自由演化。下一個90 1H

10、脈沖建立縱向的磁化矢量，在 NOE 混合時(shí)間內(nèi)，磁化矢量通過交叉馳豫或化學(xué)交換進(jìn)行轉(zhuǎn)移。最后一個90 1H 脈沖重新建立最終被檢測的橫向磁化矢量。NOESY 實(shí)驗(yàn)方法可以鑒別參與交叉馳豫的自旋以及測定交叉馳豫的速率。在 NOESY 實(shí)驗(yàn)中，交叉馳豫的主要原因是偶極偶合，因此參與交叉馳豫的自旋在空間上必定是相互接近的。NOESY 譜圖中的交叉峰表明相應(yīng)的質(zhì)子在空間上是靠近的。這與 COSY 實(shí)驗(yàn)是不同的，COSY 實(shí)驗(yàn)通過 J-偶合建立自旋之間的相關(guān)關(guān)系。COSY 譜圖中交叉峰表明質(zhì)子之間在化學(xué)鍵上是接近的。24 NOESY 實(shí)驗(yàn)給出2D 同核化學(xué)位移相關(guān)譜，從譜圖中可以得出質(zhì)子間的空間相關(guān)信息

11、。通常對角峰為正峰，化學(xué)交換交叉峰也為正峰，對于大分子來說，其運(yùn)動較慢，處于 spin-diffusion 范圍，NOE 交叉峰為正峰（負(fù)的 NOE）；對于小分子來說，其運(yùn)動較快，處于 extreme-narrowing 范圍，NOE 交叉峰為負(fù)峰（正的 NOE）。因此，對于小分子來說，化學(xué)交換和NOE 交叉峰的相位相反，易于區(qū)別。 對于小分子，混合時(shí)間通常在 400-500 ms 左右，對于大分子，混合時(shí)間通常在 100-200 ms 左右。最佳的混合時(shí)間大小接近 T1 馳豫時(shí)間。25ROESY (Rotating-frame Overhauser SpectroscoPY) 也可以給出分子

12、的 NOE 相關(guān)信息。在 ROESY 實(shí)驗(yàn)中，通過對磁化矢量進(jìn)行自旋鎖定，使得交叉馳豫在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中進(jìn)行。因此、橫向的 NOE (ROE) 總是正的 (沒有 NOESY 實(shí)驗(yàn)中 NOE 為零的情況)，同時(shí)化學(xué)交換的峰總是與 NOE 信號的相位相反。在 ROESY 實(shí)驗(yàn)中，混合時(shí)間就等于自旋鎖定的時(shí)間。在自旋鎖定時(shí)間內(nèi)，不同核之間發(fā)生自旋的交換26 在 ROESY 實(shí)驗(yàn)中，信號主要來自于交叉馳豫和化學(xué)交換。同時(shí)也存在有其它一些相干轉(zhuǎn)移機(jī)制，產(chǎn)生干擾信號。Signal type Phase Properties ObservationsDiagonal 正的同相位吸收峰 -ROE 負(fù)的同相位吸收峰

13、 -Exchange 正的同相位吸收峰 假的交叉峰COSY 反相位吸收峰 假的扭曲的交叉峰ZQC 混合模式的反相位峰 假的扭曲的交叉峰TOCSY 正的同相位吸收峰 假的交叉峰27ppm0.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4ppm0.60.81.01.21.41.61.82.02.22.4O-ionone1234567891011121198712198 28 C(11)C(11)上的上的H - C(9)H - C(9)上的上的H H 2.5 2.5C(11)C(11)上的上的H - C(8)H - C(8)上的上的H H 3.8 3.8C(11)C(11)上的上的H -

14、C(7)H - C(7)上的上的H H 4.7 4.7292D TOCSY (TOtal Correlation SpectroscopY) 實(shí)驗(yàn)可以用來指認(rèn)整個自旋系統(tǒng)。TOCSY 實(shí)驗(yàn)可以用來獲得分子中與其它自旋沒有偶合的獨(dú)立片斷的特征譜圖。例如：多糖中單個糖環(huán)的信號，蛋白質(zhì)中單個氨基酸殘基的信號。30TOCSY 實(shí)驗(yàn)中的自旋鎖定通常使用 WALTZ、MLEV 或 DIPSI 的脈沖序列。自旋鎖定時(shí)間（混合時(shí)間）決定了磁化矢量在自旋系統(tǒng)內(nèi)傳遞的距離，對有機(jī)小分子通常設(shè)定為 80 ms 左右。31OOppm1.01.52.02.53.03.54.04.5ppm1.01.52.02.53.03

15、.54.04.5n-butyl acetate12345616543332 2D J-resolved 實(shí)驗(yàn)可以在 2D 譜圖的兩維分別顯示化學(xué)位移和偶合常數(shù)信息。 2D J-resolved 的脈沖序列就是同核自旋回波序列33反式檢測實(shí)驗(yàn)主要通過檢測高靈敏度的核 (標(biāo)記為 I，通常為 1H)，來研究靈敏度較低的核 (標(biāo)記為 S，如 13C、15N)。 通常，最佳的實(shí)驗(yàn)方法如下圖所示：脈沖序列從激發(fā) 1H 磁化矢量開始，然后磁化矢量轉(zhuǎn)移到低靈敏度的核上，最后磁化矢量轉(zhuǎn)移回 1H 核上，進(jìn)行信號的檢測。34最基本的 HMQC (Heteronuclear Multiple-Quantum Cor

16、relation) 脈沖序列包含四個脈沖1. 90 度 1H 脈沖建立橫向磁化矢量，在 d2 時(shí)間內(nèi)，橫向磁化矢量在異核偶合作用下演化 2. 90 度 X 脈沖建立異核多量子相干，在 2d0 時(shí)間內(nèi)進(jìn)行化學(xué)位移演化。3. 180 度 1H 脈沖消除異核偶合和 1H 化學(xué)位移的演化。4. 第二個 90 度 X 脈沖建立反相位的 1H 單量子相干，經(jīng)過 d2 時(shí)間后，重聚為 同相位的單量子相干。5. 在檢測 1H 信號的同時(shí)，對 X 核進(jìn)行去偶。 35HMQC 實(shí)驗(yàn)有不同的脈沖序列。 36基本的 2D HSQC (Heteronuclear Single-Quantum Correlation)

17、脈沖序列包含以下四個部分： 初始的 INEPT 序列通過 1J(XH) 使得極化從 1H 轉(zhuǎn)移到 X。 在 t1 時(shí)間內(nèi)，反相位的 13C 磁化矢量在化學(xué)位移作用下演化。通過 1H 180 度脈沖重聚 t1 時(shí)間內(nèi) 1H-X 間偶合的演化。 反向 INEPT 序列將極化從 X 轉(zhuǎn)移回 1H。 1. 檢測 1H 的同時(shí)對 X 進(jìn)行去偶。37 ppm1.01.52.02.53.03.54.04.5ppm16014012010080604020OOn-butyl acetate1234561654365432138OOn-butyl acetate1234561654365431ppm1.01.52.02.53.03.54.04.5ppm16014012010080604020239基本的 2D HMBC 脈沖序列與 HMQC 序列十分接近，只是加入了如下的改變： 在最