Способ двумерной спектроскопии гиромагнитного резонанса

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК ПАТЕНТУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик но 980637) УДХ 539.143, ,43 (088. 8) Опубликовано .07. 12.82,Бюллетень ЭйДата опубликования описания 07,12,82 о делам изобретений и открьлий(Швейцария) 2) Авторр изобретения ностранная фирмиан Ассошиейтс) Заявите СПОСОБ ДВУИЕРНОЙ СПЕКТРОСКОП ГИРОИАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА бретение гиромаг оситс к спектрозонанса и для двумергнитно го ого ж ыть исп ктромет са муль льзовано ии гиром иплетной агнитных ои сезон структуры5резонатосвязанных о Ядерный магнитный резонанс углерода 13 (, С ) используют для исследования структуры органических моле 1 о кул в растворе и в твердом состоянии,при этом имеется воэможность получения спектра с полным нарушением связи с протонами при наличии одной единственной резонансной линии для5каждого места углерода (С). Это упрощает спектр больших молекул. Хотя связанные спектры, например связанные спектры протон-углерод и протон-азот . (М),. содержат значительно больше ин,формации, и не могут быть полностью проанализированы из-за значительного перекрытия различных мультиплетов. Наиболее известным примером связанных ядер являются связанные с протоном 2углерод 13, азот 15 ("5 М) и дейтерий. Спектры 1 С, 1 И и дейтерия применяют для исследования комплексных молекул, типа биомолекул, энзимов, пентидов, протеинов и вообще сложных органических молекул Г 1 3.Наиболее близко к предлагаемому способ спектроскопии гиромагнитного резонанса, основанный .на индуцировании множества переходных гиромагнитных резонансов для первой группы гиромагнитных резонаторов, имеющих внутреннюю связь со второй группой гиромагнитных резонаторов исследуемого вещества. При этом для упрощения спектра исследуемого вещества либо полностью нарушают связи прото.- нов (первая группа гиромагнитных резонаторов) с другими ядрами, например с С или М (вторая группа ги; ромагнитных резонаторов), либо исклю чают только слабые связи. Полное нарушение связей приводит к разрушению всей информации, содержащейся в связях, а исключение слабых связей поз98065Существует несколько вариантовпредлагаемого способа.В первой модификации чувствительность способа и его разрешающую способность повышают приложением к об 5разцу исследуемого вещества высокочастотного магнитного попя, являющегося реэонансным для второй группырезонаторов, как например протонов,в течение времени 0 (С (йс последующим наблюдением сигнала резонанса СИ 3 в интервале времени сс(фиг. 4) под влиянием полного гамильтониана, т. е. в режиме полного взаимодействия. Число требуемых экспериментов для разрешения всех резонансвв С определяется из выраженияйГ(д (где д - минимальное разнесение линий в развязанном спектре;Г - общий перекрываемый спектральный диапазон).0 В другом варианте возбуждение второй группы резонаторов, например протонов, осуществляют до индуцированиякаждого из переходных гиромагнитных 25резонансов первой группы резонаторов, например до подачи первоначального 90 - импульса для " С (фиг. 4).Предлагаемый. способ может бытьреализован с помощью двумерногоспектрометра, который содержит контейнер 4 с исследуемым веществом,состоящим из двух групп гиромагнитных. резонаторов, имеющих между собойвнутреннюю связь. К таким веществам35относятся относительно сложные молекулы, такие как биомолекулы, энзимы,пентиды, простеины или вообще сложные органические молекулы. Приемопередающая катушка 5 двумерного спек 40трометра расположена коаксиально ивокруг контейнера 4, наматывается соосно с осью,У декартовой системы исоединена с одномернымспектрометром6, например, модели СЕТфирмы"Вариан" яли модели ЯРХ 4-100 фирмы"Брукер".Контейнер 4 с анализируемым веществом размещается в относительноинтенсивном поляризующем магнитномь 50поле Но, создаваемом между полюсами7 и 8 электромагнита,Одномерный спектрометр 6 соединенс цифровой ЭВМ 9, например, модели620/-100 фирмы "Вариант" с емкостьюпамяти не менее 12 Кбит через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 10.Один из выходов ЭВМ 9 соединен сдисплеем 11, на экране которого по 37 6лучают двумерные спектральные отображения резонансных спектров анализируемого вещества.По линии 12 синхронизации и управления сигналы от ЭВМ 9 подаются наодномерный спектрометр 6, Устройство13 развязки спинов соединено с ЭВМ 9через вторую линию 14 синхронизациии управления, Устройство 13 развязкиспинов подает высокочастотную энергию на анализируемое вещество с помощью второй передающей катушки 15,расположенной ортогонально приемопередающей катушке 5 и направлениюмагнитного поля Но.В случае анализа местоположенияядер "5 С в образце устройство 1 1развязки спинов подает вцсокочастотную энергию на анализируемое веществов достаточно широкой полосе частотдля перекрытия резонансного спектраразвязываемых резонаторов, При использовании протонов эта полоса частот составляет несколько тысяч Герц.Электромагнитный истоцник поляЙ 0 обычно включает устройство захвата частоты поля или стабилизатормагнитного потока (не показан), ко-торый служит для привязки величиныН 0 к частоте линии предопределенного магнитного резонанса анализируемого вещества.Двумерный спектрометр работаетследующим образом.Одномернь 1 й спектрометр 6 подаетпачку импульсов высокочастотногомагнитного поля через приемо-передающую катушку 5 на анализируемое вещество, находящееся в контейнереЧастота прикладываемого высокочастотного магнитного поля выбирается равной резонансной частоте гидромагнитного резонанса первой группы гиромагнитных резонаторов, например частотерезонанса для ядер "С в молекулеи-гексана (фиг. 1),Интенсивность приложенного высокоцастотного магнитного поля выбирается таким образом, чтобы в течениедлительности каждого высокочастотного импульса ядерные магнитные моменты наблюдаемых гиромагнитных резонаторов (например, магнитные моментыядер "С) отклонялись относительнонаправления магнитного поля Н , т.е.магнитные моменты наблюдаемых резонаторов должны иметь проекцию наплоскость ХУ приведенной декартовойоси координат. После окончания высо 7 9806кочастотного импульса, например 90 импульса, в момент Св гиромагнитныерезонаторы первой группы (ядра С)вступают в область действия резонансного сигнала СИ 3 (фиг. 3), В течениевремени 1 магнитные моменты первойгруппы резонаторов (ядра "ЗС) совершают свободное индуцированное затухание при взаимодействии их магнитныхмоментов с магнитными моментами ядер 1 овторой группы резонаторов (протонов).В течение этого периода мультиплетные структуры ядер С перекрываются(фиг. 2-4), Чтобы повысить разрешающую способность устройства, т, е. 1 ьпроизвести разделение мультиплетнойстРуктуры ядер (фиг. 2) и идентифидировать с каждым соответствующимместом ядер эС или с развязаннымирезонансными линиями 1, 2 и 3 (Фиг. 1) впосле момента Свклюцают устройство13 развязки спинов и производят выборку сигнала СИ 3 с помощью АЦП 10,осуществляемую церез равные интервалы времени, например, 0,5 мс, а количество выборок равно й за время(фиг. 3), Устройство 13 развязкиспинов прикладывает к анализируемому веществу относительно широкуюполосу энергии для возбуждения резо- звнанса спектральных линий протонов,осуществляя тем самым спиновую развязку протонов от анализируемыхядер С. Эксперимент проводят длящ различных, но одинаково разнесен 35ных значений й, причем в течениеинтервалапроизводится выборкаИ знацений для каждого случая. Данные последовательных экспериментов,соответствующих различным значениямнакапливаются в последовательныхстолбцах матрицы, показанных в таблице,мерного преобразования Фурье для полуцения двумерного спектрального отображения с п 1/2 ф М/2 выборками. Чтобыобеспечить применение вычислительнойпрограммы быстрого преобразованияФурье в ЭВМ 9, е и й выбираются степенями числа 2, В примере, показанномна фиг. 4, в стремится к М.Метод, который требует всего М(й + 2) ячеек памяти, но создает двумерное отображение йф, заклюцаетсяв следующем.М сигналов СИ 3, состоящие из Ивыборок, накапливаются в памяти ЭВМ9, Для выполнения первого преобразования Фурье Й выборки, представляющиесвободное индудированное затуханиеК 5 к, 5 к.,5 к 1 1, передаютсяв отдельный блок памяти и пополняютсяМ нулевыми значениями5 к, Ькк(1 1 в вД преобразование Фурье состоит тогда из М комплексных значений,сохраняя лишь реальные части ЙКв,Й Й , которые запоминаютсяв ячейках первоначального сигналаСИ 3, После преобразования всех сигналов СИ 3 матрица Йц "1 транспортируется, 1 п 1 )" 1 Й 1, и каждый столбец, дополненный нулевыми значениями,преобразуется по Фурье второй раз.Абсолютные значения Н комплексных2коэффициентов Фурье используются далее для построения двумерной спектрограммы, представленной на фиг, 4.Отбрасывание мнимой части после первого преобразования Фурье не вызывает потери информации и не ухудшаетчувствительность способа.В приведенном примере число выборок М взято равным 64, Это дает общее число знацений выборок 4096.На Фиг, 6 приведена программа дляЭВМ 9 для управления одномернымспектрометром 6 и для сбора и обработки резонансных спектральных данных с отображением в виде двумернойспектрограммы, приведенной на фиг. 4,Предлагаемый способ позволяетполучать двумерную спектроскопиюсложных молекул при увелиценной разрешающей способность. цто позволяетполучать наглядные спектроскопические данные,аксимальное Формула из ения ставляющее двуспектральных дщимся объемомтаблицы преобр число выборок, предрное отображениеных, ограничено имемяти ЭВМ 9, Данныеуются с помощью дву 1. Способ двумерной спектроскопиигиромагнитного резонанса, основанный98063на индуцировании множества переходных гиромагнитных оезонансов для первой группы гиромагнитных резонаторов, имеющих внутреннюю связь с второй группой гиромагнитных резо наторов исследуемого вещества, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения разрешающий способности при спектроскопии сложных веществ, при разделении мультиплетных 10 структур спектра периодически в течение части каждого из переходных гиромагнитных резонансов нарушают взаимодействие резонансов, обеих групп резонаторов наложением развязывающего высокочастотного магнитного поля, изменяют длительность нарушенного и связанного периодов переходных резонансов для первой группы резонаторов, определяют индуцированное множество 20 переходных гиромагнитных резонансов для первой группы резонаторов в функции изменения длительности нарушенного и связанного периодов переходных резонансов для первой группы резона торов и получают упрощенные спектральные данные гиромагнитного резонанса.2. Способ по и, 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, в качестве 30 7, 10развязывающего высокочастотного магнитного поля используют резонансноемагнитное поле для возбуждения гиромагнитных резонансов второй группырезонаторов.3, Способ по пп 1. и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что возбуждениерезонансов второй группы резонаторовосуществляют до индуцирования каждого из переходных гиромагнитных резонансов первой группы резонаторов,а при наличии двух резонансных частотдля резонансов первой группы резонаторов осуществляют обнаружение свободно индудируемых затухающих переходных резонансов первой группы резонаторов, имеющих первую резонанснуючастоту,Источники информадии,принятые во внимание при экспертизе1, Егпзй Р. Р. Нцс 1 еаг Мацпе 1 сОоцЬ 1 е Резопапсе ы 1 йИ ап ЗпсоЬегепйРад 1 о-Ггес 1 цепеу Г 1 е 1 д. - "Л. Сешеаса 1РЬуз 1 сз", 1966, ч. 15, Н 10, р. 38 М 53861.2. Гаггаг Т, С Весег Е, О.Рц 1 зе апд Гоцг 1 ег ТгапзГогщ ЙМРЗпйгодцсй 1 оп йо ТЬеогу апд Мейодз.Й.Э. Асадев 1 с Ргезь 1971, сЬ, 3аж 8 ВНИИ одписное Ужго филиал ППП "Патент 980 б 37 л. Проектная,