کمک در مورد دستگاه NMR

[aralan]

با سلام خدمت همه مهندسین عزیز
از دوستان می خواستم ببینم کسی می تونه در مورد گیرنده ی دستگاه NMR اطلاعاتی به بنده بده، گفتم شاید مهندسین پزشکی بتونن خیلی ضروریه لطفا راهنمایی کنید
در مورد قسمت های مختلف دستگاه NMR و اینکه مکانیسم کارکرد کلی دستگاه به چه شکلی هست.
با تشکر

 

[S H i M A]

با سلام خدمت همه مهندسین عزیز
از دوستان می خواستم ببینم کسی می تونه در مورد گیرنده ی دستگاه NMR اطلاعاتی به بنده بده، گفتم شاید مهندسین پزشکی بتونن خیلی ضروریه لطفا راهنمایی کنید
در مورد قسمت های مختلف دستگاه NMR و اینکه مکانیسم کارکرد کلی دستگاه به چه شکلی هست.
با تشکر

هسته های اتم بسياری ازعناصر مغناطيسی اند، زيرا باردارند؛ وچنان رفتار می کنند که گويی درحال چرخش

می با شند. اين ويژگی مغناطيسی را میتوان با مطالعه نحوه بر هم کنش اين هسته ها با ميدان مغناطيسی

اعمال شده،B0 ، بررسی کرد.

هسته های هيدروژن(H1) ،کربن(فقط ايزوتوپC13)، نيتروژن (N15 وN14 )،فسفر (P 31) نمونه هایی از

هسته های مغناطيسی هستند.


ساده ترين مورد پديده مغناطيسی شدن هسته ها را در هسته هيدروژن(پروتون) و همچنين هسته کربن-13

(13C) می توان ديد.اين هسته ها همچون مغناطيسهای ميله ای در يک ميدان اعمال شده رفتار می کنند و

نظير سوزن قطب نما به همسو شدن با جهت ميدان گرايش دارند اما بر خلاف مغناطيسهای ميله ای و سوزن

های قطب نما؛ که همواره به حالت پايدار همسويی با ميدان می رسند، هسته های مغناطيسی ،نظير13C

و H1 محدوديتهای کوانتومی دارند که به دو جهتگيری مختلف مجاز- همسو با ميدان يا نا همسو با ميدان- منجر

می شود. روشن است که اين دو جهتگيری از انرژيهای متفاوتی برخوردارند، انرژی موقعيت همسو نسبت به

موقعيت نا همسو کمتر است.


درصورتیکه نمونه ای حاوی هسته هایH1، در ميدان مغناطيسی خارجی واقع شود،وسپس با فرکانس راديويی

مناسب تابش داده شود، خواهيم ديد که هسته ها، با فرکانس راديويی بر هم کنش خواهند داشت.


برخی از هسته های دارای انرژی کمتر، تابش را جذب و به تراز بالاتر حرکت می کنند:يعنی از حالت همسوی با

ميدان به حالت نا همسوی با ميدان تغيير وضعيت می دهند.در همان زمان، برخی از هسته های دارای انرژی

بالاتر، بر انگيخته می شوند و انرژی منتشر می کنند، وبنابراين، جهتگيری نا همسورا تغيير می دهند و با ميدان

همسو می شوند(شکل 1).


طيف سنجي رزونانس مغناطيس هسته شامل اندازه گيري ميزان انرژي لازم براي تغييرهسته هاي اسپين دار از

يك جهت گيري پايدار به جهت گيري ناپايدارتر در يك ميدان مغناطيسي است. ازآنجا كه هسته هاي اسپين دار در

ميدان مغناطيسي در فركانس هاي مختلف تغيير جهت ميدهند، فركانس متفاوتي از تابش جذبي براي عوض كردن

جهت گيري هسته هاي اسپين دار نياز مي باشد .فركانسي كه در آن جذب صورت مي گيرد براي تجزيه و طيف

سنجي به كار برده مي شود.




شکل(1)

رزونانس مغناطيسي هسته اي براي اولين بار در سال 1946 به طور مستقل توسط فليكس بلوخ از دانشگاه استانفورد

و ادوارد پارسل از دانشگاه هاروارد كشف شد .آنها توانستند جذب تابش الكترومغناطيسي را كه در نتيجه انتقال تراز

انرژي هسته در يك ميدان مغناطيسي قوي صورت مي گيرد را نشان دهند .اين دو فيزيكدان در سال1952 به خاطر

كارشان موفق به دريافت جايزة نوبل شدند .


در پنج سالة اول پس از كشف روش رزونانس مغناطيس هسته شيميدان ها دريافتند كه محيط مولكولي اجسام بر

جذب تابش توسط هسته ها در حضور يك ميدان مغناطيسي اثر مي گذارد و اين اثر مي تواند به ساختمان مولكول

ارتباط داده شود . از آن پس رشد روش طيف سنجي تشديد مغناطيسي هسته انفجارآميز بوده است و اين روش

اثر قابل توجهي درتوسعة شيمي آلي، شيمي معدني و بيوشيمي داشته است.



اجزاء تشكيل دهنده دستگاه

اجزاء مهم يك طيف سنج NMR در شكل به طور شماتيك نشان داده شده است توضيح مختصري از هريك از اجزاء

تشكيل دهنده در ذيل بيان مي شود .

1-آهن ربا:

خاصيت مغناطيسی که تعيين کننده فرکانس حرکت تقدمی هسته ها در طيف سنج NMR می باشد در دستگاه

واحدهای SI به صورت ميدان القاي مغناطيسی يا چگالی شار مغناطيسی با نماد B، بر حسب تسلا (T) سنجيده

می شود.تمامی سازندگان طيف سنجهای NMR، دستگاههای خود را در رابطه با فرکانس پروتون حاصل از دستگاه

توصيف می کنند، بنابراين يک طيف سنج NMR،MHz 400،دارای مغناطيس T 4/9 می باشد.


در طيف سنج هاي تجاري NMR هم آهنرباهاي دائمی و هم آهنرباهاي الكترومغناطيسي با ابعاد بزرگ مورد استفاده

قرار مي گيرند .

مشخصات كاركردي آهنربا به خصوص براي كارهاي با تفكيك بالا، حساس و پراهميت است .ميدان ايجاد شده بايد در

محوطة حضور نمونه، تا يك قسمت در 108 همگن باشد و بايد تا درجة مشابهي در زمان هاي كوتاه پايدار بماند . براي

داشتن چنين خصوصياتي، به ابزارسازي تكامل يافته اي كه مجهز به ابزار پس خور جهت تصحيح در افت و خيز است،

نياز مي باشد .


2- منبع فركانس راديويي:

علامت حاصل از يك نوسانگر فركانس راديويي( فرستنده ) به داخل يك زوج سيم پيچي كه عمود بر مسير ميدان نصب

شده اند، خورانده مي شود و در نتيجه يك پرتو تابش قطبيدة مسطح به دست مي آيد. فركانس براي كار با تفكيك بالا،

بايد تا حدود يك قسمت در 108 ثابت باشد . توان خروجي اين منبع كمتر از وات است و بايد تا شايد به مقدار يك درصد

در يك فاصله زماني چندين دقيقه ثابت باشد .


3- آشكارساز و سيستم ثبات :

علامت فركانس راديويي ايجاد شده توسط هسته هاي در حال رزونانس، به وسيله سيم پيچي كه ظرف نمونه را احاطه

كرده است و به صورت عمود بر سيم پيچ منبع قرار دارد، آشكار مي شود. علامت الكتريكي توليد شده در سيم پيچ ها

كوچك است و بايد به ضريبي برابر 105 يا بيشتر تقويت گردد تا بتواند ثبت شود .


4- ظرف نگهدارنده نمونه :

سلول متداول براي نمونه در NMR مركب از يك لوله شيشه اي به قطر 5 ميلي متر است كه حدود 4/0 ميلي متر از مايع

در آن قرار مي گيرد .لوله هاي كوچكتر براي نمونه هايي با حجم كمتر نيز در دسترس است.



اجزای ظرف نگهدارنده نمونه:

كاربردها

1- مطالعه ساختار شيميايي مواد با استفاده از NMR يك بعدي

2- مطالعه ساختار مولكول هاي بسيار پيچيده با استفاده از NMR دو بعدي

3- تعيين ساختار مولكول هاي مواد جامد با استفاده از NMR حالت جامد

4- مطالعه فيزيولوژي سلول ها و غلظت درون ياخته هاي سلولي

5- مطالعه دینامیک و تعیین مکانیسم واکنش ها

6- مطالعه مغناطیسی جهت ترکیبات پارا مغناطیس

7-آنالیز کمی ترکیبات

 

[S H i M A]

طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای به نسبت سایر روشهای طیف سنجی روش نوینی است که برای شناسایی

مواد ، تشخیص نوع مولکولها ، تعیین جرم مولکولی و همینطور فرمول مولکولی به کار می‌رود. با دستگاههای مورد استفاده

این روش آشنا می‌شویم.

دستگاه موج پیوسته (CW)

نمونه را در حلالی که فاقد پروتون باشد (معمولا CCl4) حل کرده و مقدار کمی TMS به‌عنوان شاهد داخلی به آن اضافه

می‌نماییم. سلول نمونه ، یک لوله شیشه‌ای استوانه ای شکل است که در فضای ما بین دو قطب مغناطیس قرار میگیرد.

نشانه اطمینان از این که تمام قسمتهای محلول میدان مغناطیسی نسبتا یکنواختی را احساس می‌کنند، چرخش نمونه

حول محور خود است.

در فضای میانی مغناطیس ، یک سیم‌پیچ قرار دارد که به مولد فرکانس رادیو MHz(RF)60 متصل است. این سیم‌پیچ ، انرژی

مورد لزوم برای تغییر جهت اسپین پروتونها را فراهم می‌سازد. سیم‌پیچ آشکار کننده عمود بر سیم‌پیچ RF است. اگر جذب

انرژی صورت نگیرد، سیم‌پیچ آشکار کننده هیچ گونه انرژی خروجی از سیم پیچ RF را دریافت نخواهد کرد.

هنگامی که نمونه ، انرژی جذب نماید، جهت‌گیری مجدد اسپینها تولید یک سیگنال فرکانس رادیو در صفحه سیم‌پیچ آشکار

کرده و دستگاه آن را به‌صورت یک سیگنال رزونانس یا قله نمایش می‌دهد. در قدرت میدان ثابت ، انواع گوناگون پروتونها در

یک مولکول با سرعتهای متفاوتی حرکت تقدیمی می‌کنند.

برای به رزونانس در آوردن پروتونهای گوناگون یک مولکول ، طیف سنج NMR به جای تغییر فرکانس RF ، سیگنال آن را ثابت

نگاهداشته و قدرت میدان مغناطیسی را تغییر می‌دهد.

با افزایش قدرت میدان مغناطیسی ، فرکانس حرکت تقدیمی تمامی پروتونها نیز فزونی می‌یابد. هنگامی که فرکانس حرکت

تقدیمی یک نوع پروتون MHZ60 برسد، آن دارای رزونانس خواهد بود.

مغناطیس دستگاه در واقع یک وسیله دو قسمتی است. یک مغناطیس اصلی با قدرت 1,14 تسلا وجود دارد که بوسیله

قطبین الکترومغناطیسی پوشانده شده است و با تغییر جریان از طریق قطبین می‌توان قدرت میدان اصلی را تا میزان

ppm20 افزایش داد. با تغییر میدان بدین طریق می‌توان پروتونهای گوناگون نمونه را به رزونانس در آورد.

در حالیکه قلم بر روی کاغذ حرکت می‌کند، قدرت میدان نیز مرتبا افزایش می یابد. وقتی که قلم از چپ به راست به حرکت

در می‌آید، قدرت میدان افزایش می‌یابد. هر گاه پروتونی که محیط شیمیایی آن فرق می‌کند، به رزونانس در آید، آن پروتون

به‌صورت یک قله بر روی کاغذ ثبت می‌گردد. قله ای که در 0=δ ظاهر می‌گردد، مربوط به ترکیب شاهد داخلی (TMS) است.

چون پروتونهایی که شدیدا پوشیده شده‌اند، با سرعت کمتری نسبت به پروتونهایی ناپوشیده می‌چرخند، بنابراین ضروری

است که میدان را افزایش داده تا آنها را در MHz 60 به چرخش محوری واداشت. پس پروتونهای شدیدا پوشیده ( شدیدا

محافظت شده از طرف الکترونها) در طرف راست کاغذ و پروتونهای کم‌پوشیده یا ناپوشیده در طرف چپ کاغذ ظاهر میشوند.

ناحیه چپ کاغذ را گاهی میدان پایین (یا میدان ضعیف) و ناحیه راست آن را میدان بالا (یا میدان قوی) می‌نامند. تغییر میدان

مغناطیسی در طیف سنج به مثابه تغییر فرکانس RF بوده و افزایش قدرت میدان مغناطیسی به میزان ppm1 کاهشی به

میزان ppm1 را در فرکانس RF دربرخواهد داشت. بنابراین ، فقط مساله طرح دستگاه است که قدرت میدان به جای فرکانس

RF تغییر کند.

دستگاههایی که میدان مغناطیسی را به شیوه ای پیوسته تغییر می‌دهند (یعنی از انتهای میدان پایین تا انتهای میدان بالا

را پیمایش می‌کنند)، دستگاههای موج پیوسته (CW) خوانده می‌شوند.

چون تغییر مکانهای قلل در این طیف از اختلاف فرکانسی با TMS محاسبه می‌گردند، لذا این نوع طیف ، طیف قلمرو فرکانس

گفته می‌شود.

ویژگی طیف CW

یک ویژگی بارز باعث تشخیص یک طیف CW می‌گردد و آن ، این است که قلل حاصل از یک دستگاه CW دارای زنگ زدن هستند،

یعنی ، یک سری از نوسانات در حال کاهش که پس از پیمایش دستگاه از روی قله پدید می‌آید. پدیده زنگ زدن بدیل دلیل اتفاق

می‌افتد که هسته‌های برانگیخته شده فرصت آسایش و بازگشت به حالت تعادلی خود را پیش از آنکه میدان (و قلم) دستگاه

به موقعیت جدید برود، ندارند.

دسته‌های برانگیخته شده دارای سرعت آسایش آهسته‌تری از سرعت پویش هستند. در نتیجه آنها در حال نشر یک سیگنال

نوسان کننده سریعا در حال زوال بوده که به‌صورت الگوی زنگ زدن در حال ثبت هستند.

الگوی زنگ زدن پدیده مطلوبی در دستگاه CW است و برای نشان دادن تنظیم خوب همگنی میدان از آن استفاده می‌شود.

هنگامی که قله به صورت یک تک شاخه باشد، این الگو به خوبی قابل مشاهده است.


دستگاه تبدیل فوریه تپشی

دستگاه NMR نوع CW ، بر اساس تهییج گونه به گونه هسته‌های ایزوتوپ مورد مطالعه کار می‌کند. در مورد هسته‌های 1H ،

هر نوع از پروتون ( فنیل ، وینیل ، متیل و... ) بطور مجزا تهییج گشته و قله رزونانسی آن بگونه ای مستقل از دیگران مشاهده

و ثبت می‌گردد. همین طور در حال پیمایش (روبش) ، ما ابتدا به اولین نوع از هیدروژن و سپس به دیگری نگاه می‌کنیم و آنقدر

روبش را ادامه می‌دهیم تا تمامی انواع هیدروژنها به رزونانس در آیند.

راه دیگر که در دستگاههای جدیدتر و پیشرفته‌تر معمول است، استفاده از یک انفجار انرژی قدرتمند ولی کوتاه به نام تپ است

که کلیه هسته‌های مغناطیسی در مولکول را بطور همزمان تهییج می‌کند. برای نمونه ، در یک مولکول آلی تمامی هسته‌های

1H در یک زمان به رزونانس در می‌آیند. دستگاهی با میدان مغناطیسی T1/2 از انفجار کوتاهی (μsec10-1) از انرژی MHZ90

برای دستیابی به چنین عملی بهره می‌برد.

منبع مولد انرژی بسیار سریع روشن و خاموش می‌شود و تپی را تولید می‌کند. بر طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ، با اینکه

فرکانس نوسان کننده مولد این تپ MHZ90 است، ولی اگر درازای زمان تپ بسیار کوتاه باشد، آنگاه محتوای فرکانسی تپ

غیرقطعی خواهد بود، چرا که نوسان کننده به اندازه کافی روشن نیست تا یک فرکانس اصلی را بنا نهد. در نتیجه ، این تپ

در بردارنده محدوده ای از فرکانسهاست که مرکز آن ، حدود فرکانس اصلی است. این محدوده از فرکانسها به اندازه کافی

بزرگ خواهد بود تا تمامی انواه هیدروژنها در مولکول را با این تک انفجار انرژی یکجا برانگیخته کند.

وقتی تپ متوقف گردد، در آن صورت هسته‌های تهییج شده شروع به از دست دادن انرژی تهییجی خود می‌کنند و به حالت

اسپینی اولیه خود باز می‌گردند (آسایش می‌کنند). آنگاه که هسته برانگیخته شده آسایش می‌کند، شروع به تابش اشعه

الکترومغناطیس می‌نماید. چون مولکول حاوی هسته‌های مختلف بسیاری است، لذا فرکانسهای گوناگون بسیاری از اشعه

الکترومغناطیسی بطور همزمان تابش خواهند نمود. این تابش را سیگنال زوال القای آزاد (FID) می‌نامند.

به یاد آورید همان گونه که در نهایت تمامی هسته‌ها انرژی تهییجی خود را از دست می‌دهند، شدت FID نیز با گذشت زمان

اضمحلال می‌یابد. FID ، ترکیبی انطباق یافته از تمامی فرکانسهای تابش شده است و می‌توان بسیار پیچیده باشد.

ما عموما فرکانسهای منفرد مربوط به هسته‌های گوناگون را با استفاده از یک رایانه و یک روش ریاضی به نام آنالیز تبدیل فوریه

(FT) بدست می‌آوریم.

 

[S H i M A]

وقتي پروتوني را در ميدان مغناطيسي خارجي قرار مي دهيم حاصل قرار گرفتن آن ايجاد چرخشي ديگر است.به فركانس

چرخش پروتون در ميدان مغناطيسي فركانس تقدمي پروتون ها مي گويند و پروتونها به این ترتیب مي توانند امواجي هم

فركانس با فركانس چرخش را جذب كنند و جذب و نشر انرژي در پروتون ها اتفاق مي افتد.

در ساخت دستگاه NMR به دو طريق مي توان عمل كرد.


1- تغيير ميدان مغناطيسي

2- تغيير فركانس رادیویی


دستگاهي كه در آن فركانس ثابت است و ميدان را به ميزان مختصر تغيير مي دهيم ساده تر است.

دستگاههاي NMR ميدان آنها در محدوده كوچكي تغيير مي كند و فركانس ثابتي به همه پروتون ها مي تابد.

بنابراين اين نوع دستگاه يك ميدان اوليه ثابت و يك ميدان ثانويه متغير دارد كه sweep generator اين كار را انجام مي دهد.

به این دستگاهها دستگاه continuous wave (c.w) میگویند.


دستگاههاي جديد FT-NMR يا pulse-NMR

به اين دستگاهها pulse NMR system گویند. هر پالس شامل تمام فركانس هايي است كه براي رزونانس رسيدن تمام پروتونها

لازم است كه در 0.01 ثانيه فراهم ميشود. ميدان در آنها ثابت است و فركانس تغيير مي كند Magnet بايد همواره روشن باشد

تا يكنواختي ميدان به هم نخورد در زمان كوتاه پالسي به نمونه فرستاده مي شود كه حاوي تمام فركانس هايي است كه براي

به رزونانس رسيدن همه پروتون ها لازم است.


1- با اين روش مي توان تعداد زيادي طيف را در فواصل زماني كوتاه گرفت

2- همچنین می توان از هسته هايي با فراواني كم هم مي توان طيف گرفت.(افزايش حساسيت)

3- از نمونه، با مقدار كم طيف بگيريم


طيف گيري از نمونه مقدار كم: زيرا با اين دستگاهها مي توان در زمان كوتاه تعداد Scanها را زياد كرد كه با جمع كردن پيك ها

noise به اندازه پيك اصلي افزايش نمي يابد. افزايش شدت پيك ها با راديكال تعداد اسكن متناسب است. اما از حدي بيشتر

با افزايش تعداد اسكن هم طيف خوبي نمي گيريم و فقط بايد مقدار نمونه را زياد كنيم.

براي يكنواخت (ثابت) بودن ميدان لازم است مگنت دائما روشن باشد. روشن بودن دائمي مگنت گرماايجاد مي كند با استفاده

از chiller آن را خنك مي كنيم. مگنت دستگاه ما الكترومگنت فركانس 80HTZ و ميدان حدود 2Tesla است. البته از80HTZ به

بالا دیگر از الکترو مگنت استفاده نمی شودو به جای آن از مواد ابر رسانا superconductive براي ایجاد میدان استفاده ميشود

اما این مواد در دماي زير صفر اين خاصيت را دارند كه براي تامين اين دما از ازت يا هليم مايع استفاده مي شود. (عيب آن)

هر چه ميدان را قويتر كنيم R(resolution)بيشتر مي شود.


دستگاه قديمC.W-NMR

ميدان در محدوده کوچکی تغيير می کند و فرکانس ثابتی به همه پروتون ها می تابد.

محل جذب پروتون ها در NMR را محل شيفت شيميايي پروتون ها مي گويند. محل شيفت اطلاعات زيادي راجع به ساختمان

جسم و محل قرار گرفتن پروتون ها به ما مي دهد.

محل جذب:

محل شيفت شيميايي را بر مبناي استانداردي به نام TMS تترامتيل سيلان بيان ميكنيم جذب TMS در صفر PPM است مهمترين

عامل موثر بر شيفت شيميايی الکترونهای هاي اطراف پروتون است هر چه eها بيشتر روي پروتون ها اثر شيلدينگ بگذارند اثر

ميدان مغناطيسي كم شده و بايد بر شدت ميدان مغناطيسي افزوده شود.

TMS محافظت شده ترين پروتونها ها را دارد بنابراين به شدت از ميدان مغناطيسي كم مي كند و بايد بر شدت ميدان افزوده شود.

بنابراين صفر بالاترين ميدان مغناطيسی را دارد.

يك قطره TMS به همه نمونه ها اضافه مي شود براي اينكه پيك صفر داشته باشيم- چون TMS 12 پروتون دارد كه از لحاظ شيميايي

یکسان هستند با يك قطره جواب مي دهد.

در 27°C به جوش مي آيد و از نمونه ها به راحتی جدا مي شود.تنها مشكل TMS اينست که با حلال هاي مائي قابل اختلاط نيست.

براي طيف از حلال مائي: TMS را در لوله مويين ميريزيم و آن را در لوله NMR مي اندازيم (استاندارد خارجي )ويا از DSS سديم 2,2

دي متيل، سيلاپنتا سولفونات استفاده می کنيم . اين ماده هم با يك قطره يك پيك شارپ مي دهد.

استفاده از استاندارد خارجي دقت زيادي ندارد بعلت عدم يكنواختي اثرميدان بر نمونه و استاندارد .

با دستگاه NMR قديمي(CW-NMR) حدود 50mg نمونه و 0.5cc حلال لازم داريم در دستگاه جديد با 5mg هم ميتوان طيف گرفت.

وقتي از ماده اي مثل اتيل برومايد طيف مي گيريم دو نوع پروتون داريم.

براي يافتن تعداد پروتون ها در هر محل احتياج به انتگرال گيري داريم.


بنابراين قلم را طوري تنظيم مي كنيم كه جايي كه پيك ندارد خط صاف رسم كند و ابتداي هر پيك متناسب با تعداد پروتون ها بالا

رود.پروتون هاي تحت تاثير اسپين پروتون ها كربن مجاور هم قرار مي گيريند كه باعث شاخه دار شدن پيك ها مي شود.

تعداد شاخه ها= تعداد پروتون هاي كربن مجاور +1

وقتي پروتوني از دو طرف تحت تاثير اسپين كربن مجاور قرار بگيرد فواصل شاخه ها J گفته مي شود.اگر هر دو كربن مجاور يك

پروتون با يك اثر بگذارند بعضي شاخه ها روي هم مي افتند.بنابراين تعداد شاخه ها از فرمول (nA+nB+1) بدست مي آيد.

مقدار گاهي براي شناسايي تركيب به كار مي رود و در تركيبات ترانس مقدار J بيشتر است و براي شناسايي شكل فضايي

تركيب به كار مي رود.


قسمت هاي مختلف دستگاه NMR:

1- ميدان اوليه ثابت Magnet

2-ميدان ثانويه متغيير sweep generator

3- فرستنده امواج راديويي

4- گيرنده امواج راديويي

5- ركوردر

6- لوله محتوي نمونه



تهيه نمونه:

مهمترين حلال بدون پروتون در NMR ،ccl4 است اگر تركيب در آن حل شود ، بعدCDCL3 كلروفرم دو تره و بعد CD3OD متانول

دوتره و D2O و در نهايت DMSO دي متيل سولفوكسايد استفاده مي شود(هر چه تعداد D در حلال بيشتر شود گرانتر مي شود.)

حلال هاي دو تريوم صد در صد خالص نيستند و پيك حلال ديده مي شود مثلا پيك پروتون كلرفروم مربوط به CDCL3 در 7.22ppm

ظاهر مي شود معمولا حلال هاي 99.5% استفاده مي شود البته 99.999% هم وجود دارد كه خيلي گران است.

اگر جسم در هيچ كدام از حلال هاي گفته شده حل نشد در CF3COOH حل مي كنيم پروتون اسيد پيك مي دهد.

اگر در حدود ppm12-11 ببينيم احتمال مي دهيم پيك اسيد است براي مطمئن شدن بعد از طيف گرفتن يكي دو قطره آب دو دوتره

اضافه مي كنيم و دوباره پيك مي گيريم اگر پيك شدتش خيلي كم شد پروتون اسيد بوده كه قابل تبادل بوده است.

براي كاليبراسيون دستگاه NMR از تركيبي استفاده مي شود كه پيك هاي sharp داشته باشد، مثل اتيل بنزن كه سه نوع پروتون

و سه پيك دارد.


روش كار C.W-NMR:

براي كاليبراسيون دستگاه، نمونه اتيل بنزن را داخل لوله NMR ريخته و داخل Magnet ميگذاريم و با 20 دور در ثانيه آن را ميچرخانيم .

هر 60HZ=1 ppm

زمان sweep (اسكن)، 50 ثانيه است.

با استفاده ازsweep zero، TMS را روي صفر تنظيم مي كنيم.

شدت پيك ها را با Spectrum amplitude تنظيم مي كنيم.

هدف از استفاده اتيل بنزن تنظيم دستگاه و اطمینان از تعداد شاخه هایی است که دستگاه می دهد.

بعد از گرفتن طيف، انتگرال گيري را انجام مي دهيم و براي اين كار دكمه INT را مي زنيم.

سپس دكمه reset را مي زنيم براي اينكه مطمئن شويم كه قلم ثبات به بالاي كاغذ بر خورد نميكند ابتدا قلم را بالا آورده و انتگرال

مي گيريم و بعد از اطمينان از مناسب بودن شدت انتگرال انتخاب شده ، قلم را پايين مي آوريم و انتگرال مي گيريم.

براي در آوردن نمونه spin را قطع كرده و دكمه eject را مي زنيم.

با پيچ vertical قلم را پايين مي آوريم ،كنترل عمودي و پيك را رسم مي كنيم اگر شدت زياد بود شدت را كم مي كنيم تنظيم شدت

با spectrum amplitude است.


نمونه: بوتيريك اسيد

براي مشاهده پيك اسيد عرض صفحه را دو برابر ميكنيم و براي اينكه روي پيكهاي قبلي نيفتاد قلم را بالا مي آوريم و براي مشاهده

پيك اسيد off set 600HZ=5ppm مي كنيم و مقدار offset را با محل جذب جمع مي كنيم در اينجا 6ppm را off set کردیم.

وقتي پيك ها از هم فاصله كمي داشته باشند. انتگرال پيوسته مي گيريم زيرا خط پايه مشخص نيست تا براي پيك بعدي روي آن reset

كنيم.



روش كار pulse-NMR

در شروع كار بايد از يكنواخت بودن ميدان مطمئن شويم كه مشخص كننده ميدان ثابت، سيگنال دوتريوم است. يعني اصطلاحا" ميدان

را روي سيگنالی كه از دوتريوم مي آيد lock مي كنيم. (Lock D2) تا وقتي Lock برقرار باشد ميدان هموژن است و ميتوان طيف گرفت.

تا وقتي چراغ روشن باشد و اگر به هر دليلي lock از دست برود مانند رفتن برق و ... هموژن بودن از بين رفته و حتي روي پيك هاي

گرفته شده نمي توان حساب كرد و بايد مجددا طيف گرفت.

براي تامين سيگنال دوتريوم در همه حلالها دوتريوم داريم و حتي اگر نمونه تترا كلريد كربن (بهترين حلال) حل شود باز هم مقداري

كلروفرم دوتره براي برقراري lock به آن اضافه مي كنيم .

طيف گيري از هسته هاي با فراواني كمتر: 13C در اين مورد مهم است زيرا با فراواني1.1% داراي اسپين 2/1 است. استفاده از طيف

13C وقتي اهميت دارد كه مثلا آلكان داريم زيرا تمام آلكان ها در PNMR پيك مشابه در ناحيه ppm 101-0.9 مي دهند. اما محل جذب

آلكانها در 13CNMR در محدوده بيشتر 15-35ppm است بنابراين در طيف 13C هر كربني يك پيك مي دهد مگر دو كربن كه شرايط

كاملا يكسان داشته باشند، يعني محدوده وسيع طيف 13C سبب ميشود كربن ها با اختلاف جزئي نيز با فواصل مناسب ppm 6-5

از هم جدا شوند.

محدوده جذب در PNMR ، 0-15ppm ولي در 13CNMR ، O-200ppm است كه سبب ايجاد پيك هاي مستقل مي شود.

مثلا در طيف PNMR اتيل بنزن 3 پيك زير را ديديم.

1- شاخه ppm 1
2- 4 شاخه 2ppm
3- پيك آروماتيك 7ppm

ولي در طيف 13CNMR اتيل بنزن 6 پيك مي بينيم.

در طيف 13C ، splitting شاخه شاخه شدن نداريم. زيرا اثر پروتونها بر C را خودمان با عمل decoupling از بين مي بريم تا طیف ساده تر

شود و در مورد اثر 13C بر 13C هم احتمال كنار هم قرار گرفتن و مزدوج شدن دو 13C حدود صفر است پس در طيف 13CNMR پيك ها

يك شاخه است و سطح زير پيك نداريم.

بعلاوه ارتفاع پيك ها كه نشان دهنده تعداد 13C در یک موقعیت خاص می باشد، هيچ اطلاعي در مورد ساختمان جسم نمي دهد،

چون وجود 13C در مولكول، اتفاقي است و حتي ممكن است وقتي طيف كربن هاي همسان روي هم افتاده پيك كوچكتري ببنيم.

بنابراين در 13CNMR تنها محل شيفت شيميايي است كه اطلاعاتي در مورد ساختمان جسم مي دهد.


كار با دستگاه pulse-NMR :

گرفتن طيف هيدروژن اتيل بنزن و طيف كربن اتيل بنزن: در دستگاه يك مخزن آب براي خنك كردن مگنت وجود دارد. نمونه مي چرخد

تا تحت تاثير يكنواخت ميدان قرار گيرد.

همانند دستگاه قبل ارتفاع نمونه ها را تنظيم كرده و در مگنت قرار مي دهيم. سپس Spin را روشن مي كنيم. نمونه شروع به چرخش

مي كند. سيگنال دوتريوم را پيدا كرده و در وسط صفحه تنظيم مي كنيم سپس دكمه lock را مي زنيم تا lock D2 برقرار شود و چراغ

روشن شود و ميدان يكنواخت گردد. براي كاليبره كردن دستگاه NMR از اتيل بنزن طيف مي گيريم دستگاه وقتي تنظيم است كه با يك

scan طيف خوبي از اتيل بنزن بگيريم. براي طيف كربن وقتي تنظيم است كه با یک Scan طيف خوبي را اتيل بنزن 80% بگيريم پس از

گرفتن طيف انتگرال مي كنيم.


طيف گيري از اتيل بنزن در PNMR :

طيف آن بصورت پيك CH3 بين 2-1 و به صورت triplet ظاهر شد پس دو پروتون همسايه دارد. پيك CH3 بين 3-2 و به صورت quartet ظاهر

شد پس 3 پروتون همسايه دارد.

پيك آروماتيك به شكل singlet ظاهر مي شود.



طيف گيري از اتيل بنزن در CNMR :

كاليبراسيون براي CNMR اتيل بنزن هم نسبت به پيك كربنهاي حلال صورت مي گيرد، حلال بنزن است و طيف آن در 127ppm حاصل

مي شود.( بنزن دوتره) يعني ابتدا حلال بنزن را به دستگاه مي دهيم. پيك CH2 چون به حلقه متصل است (الكترون كشنده) در ميدان

پايين تري نسبت به CH3 ظاهر مي شود.پيك هاي آروماتيك بين حدود 120 تا ppm150 ظاهر مي شود.

براي مشخص كردن نوع كربن ها از تكنيك DEPT استفاده مي كنيم. در اين تكنيك زاويه پالس را تغيير مي دهيم از مزاياي 135, 90, 45

زيرا در هر زاويه پيك يكي از انواع c تغيير مي كند به شكل زير:


Dept 45° فقط C حذف مي شود.


Dept 90° فقط CH مشاهده مي شود.


Dept 135° فقط CH2 معكوس مي شود.


CH3 هيچ تغييري در هيچ از يك زوايا نمي كند.

 

[aralan]

تشکر فراوان از دوست عزیزمان SHIMA
میتونین اطلاعات اضافی در مورد گیرنده دستگاه مرحمت کنین.
اینکه چه جوری کار میکنه