ЯМР в одном и двух измерениях - Эрнст Р.
ISBN 5-03-001394-6
Скачать (прямая ссылка):
Следует заметить, что скорости обмена с достаточной точностью можно определить только в довольно узком интервале температур. Точность анализа формы линии падает, если линии спектра перекрываются, а при перекрывании большого количества сигналов на диагонали анализ по нормальным модам невозможен. И нако- 608
Гл. 9. Изучение динамических процессов
ПА + Пв Пд - Пв
10 Гц
Рис. 9.6.4. Линейные комбинации сечений аккордеонного спектра 13C ^ыс-декалнна прн четырех различных температурах, взятые прн иг = йд н ад = Пв. Суммы сечений Па + Пв (слева) имеют практически не зависящую от температуры ширину линий, определяемую Ri. Разности сечений ПА - Пв имеют ширину линий 2к + Ri. Из сравнения ширины линий в левой н правой частях рисунка легко найти зависимость скорости обмена к от температуры. (Из работы [9.3].)
нец, следует обратить внимание на плохо разрешенное спин-спиновое расщепление: в системах с гомоядерным спин-спиновым взаимодействием следует подавить помехи от нульквантовой когерентности.
9.7. Кросс-релаксация и ядерный эффект Оверхаузера
Ядерная кросс-релаксация в жидкостях происходит за счет взаимных переворотов дипольно-связанных пар спинов, вызванных процессами движения. Кросс-релаксация приводит к перераспределению намагниченности и, следовательно, к изменению интенсивностей сигналов. Такое явление называют ядерным эффектом Оверхаузера (NOE) [9.21 — 9.27].
Кросс-релаксация зависит как от характера процессов движения, так и от расстояния между взаимодействующими спинами. С по- 9.1. Кросс-релаксация и ядерный эффект Оверхаузера
609
мощью ядерного эффекта Оверхаузера можно получать уникальную информацию о структуре молекул в растворе. Каким-либо другим известным методом такую информацию получить невозможно. Измерения величины этого эффекта имеют огромное значение для молекулярной биологии, поскольку таким образом, можно полностью определить трехмерную структуру больших молекул [9.26 — 9.30].
Кросс-релаксацию и ядерный эффект Оверхаузера можно изучать как одномерными, так и двумерными методами. Первоначально ІМ-методом в основном измеряли стационарный эффект Оверхаузера: селективно насыщался один сорт спинов и наблюдали изменение интенсивностей сигналов других спинов [9.22]. Более детальную информацию можно получать, регистрируя нестационарный эффект Оверхаузера, когда после селективной инверсии одного сорта спинов измеряется перераспределение намагниченности со временем [9.22, 9.24, 9.26, 9.27]. Двумерные эксперименты по NOE [9.1, 9.5, 9.28] тесно связаны с измерениями нестационарного NOE, но имеют большее преимущество, а именно позволяют проследить за всеми путями переноса намагниченности одновременно.
Применимость этих методов сильно зависит от временной шкалы процессов движения, которые вызывают кросс-релаксацию. Можно выделить предельный случай быстрого движения (предельное сужение линий) с малым временем корреляции Tc < WO 1, относящийся к небольшим молекулам в невязких растворах, и предельный случай медленного движения (предел спиновой диффузии) с большими временами корреляции тс > ы<Г1, относящийся к макромолекулам в сильных магнитных полях. Возможности этих методов суммированы в табл. 9.7.1.
Из табл. 9.7.1 видно, что в малых молекулах в предельном случае быстрого движения эффект Оверхаузера лучше изучать стационарным методом, который дает наиболее сильный эффект. Однако большие медленно движущиеся молекулы лучше изучать, измеряя нестационарный NOE, или с помощью 2М-спектроскопии NOE.
Преимущества 2М-метода обсуждались в разд. 9.1: из одного эксперимента извлекается информация от всех обменивающихся состояний и четко определены начальные условия процесса обмена. В системах со спин-спиновым взаимодействием нужно проявлять осторожность, чтобы подавить когерентные помехи (разд. 9.4).
9.7.1. Внутримолекулярная кросс-релаксация
В разд. 9.3 мы рассмотрели общие вопросы, связанные с кросс-релаксацией, а здесь сосредоточим свое внимание на кросс-релакса-
309—39 610
Гл. 9. Изучение динамических процессов
Таблица 9.7.1.
Способ регистрации Предельный случай Предельный случай
ядерного эффекта быстрого движения медленного движения
Оверхаузера тс < <j>o 1 тс > о>о1
Стационарное насыщение
Восстановление после селективной инверсии
Двумерная спектроскопия NOE (с диагональными пиками положительной интеи-
Положительное усиление «партнеров» по кросс-релахсации
Слабое нестационарное положительное усиление интенсивностей
Слабые кросс-пнки отрицательной интенсивности
Быстрое насыщение, недостаток селективности, вызванный сильной спиновой диффузией
Отрицательное усиление, быстро исчезающее из-за сильной спиновой диффузии
Кросс-пики с большой положительной интенсивностью
сивности)
ции в молекуле или ее фрагменте с п\ магнитно-эквивалентными спинами А и лв магнитно-эквивалентными спинами В, характеризуемыми квантовым числом / = 1/2. При этом выражения (9.3.18) — (9.3.22) можно записать в более простом виде, если использовать следующую приведенную динамическую матрицу:
