1D-Artifacts-Troubleshooting-CHS布魯克-核磁-bruker-NMRPPT課件

1、1,2D NMR 實驗簡介,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信號的采樣時段,1D 脈沖序列,3,溶劑峰壓制(Solvent Suppression,在核磁共振實驗中，有時候溶劑的信號很強，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際的樣品以致樣品的信號被淹沒在噪音中,問題： - 動態(tài)范圍; - 實際樣品的信號低S/N; -實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,預(yù)飽和(Presaturation,使用一長約定2-5s而低的脈沖選擇的使溶劑峰達飽和狀態(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,壓水峰實驗: 1. 脈沖序列 zgpr; 2. 預(yù)飽和時間為 2s; 3. O1移到水峰位置. 4. 逐漸的增加脈沖強度; 5.優(yōu)化勻場條件,并準確調(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時間的測量。 我們對 p 脈沖作用以后磁化矢量的變化做進一步分析： 信號將會在縱向馳豫（T1）的作用下衰減，我們可以看到不同的 tD將

3、會如何影響FID和FT后的信號,反轉(zhuǎn)恢復(fù),6,對于不同 tD 延遲，我們所得到的信號強度會發(fā)生改變，改變的速度與它的 T1 馳豫時間有關(guān),反轉(zhuǎn)恢復(fù),7,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,自旋回波,8,前面我們已經(jīng)介紹了單脈沖和多脈沖的1D實驗?；镜?D實驗可以看作是重復(fù)一個多脈沖1D實驗，同時同步系統(tǒng)的變化一個延遲時間 tD。一個最簡單的例子就是變化采樣前的等待時間。 這樣我們就有了兩個時間域，一個是與1D實驗相同的采樣時段。另一個是由變化的延遲時間 tD 所帶來的,2D NMR波譜,9,對于二維譜脈沖序列通?？梢苑譃橐韵滤膫€部分： 第一個對自旋體系的擾動（脈

4、沖）稱為準備期。 變化的延遲時間 tD 稱為演化期， t1 稱為演化時間。 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實驗檢測期的概念相同。 t1 是變化的延遲時間， t2 是普通的采樣時間。通過FT變化可以得到兩個頻率維 f1 和 f2,2D NMR基礎(chǔ),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 / 2脈沖后開始,一個基本的2D實驗,11,第二個 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

5、大小將受到它的頻率的影響。 A(t1) = Ao * cos(wo * t1,基本的2D實驗,12,如果把所有的1D譜平行疊放起來，我們可以得到： 現(xiàn)在一個坐標軸已經(jīng)是頻率維（f2，來自于 t2），另一個坐標軸仍然是時間（t1）。 由于 t1 維信號強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,基本的2D實驗,13,FID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,FT (t2,t2,t1,t1,f2,基本的2D實驗,14,現(xiàn)在我們就有了 t1 維的FID，因此我們可以對 t1維的FID再進行第二次的FT變化（第一次FT變換是對 t2

6、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 不同的峰強度,基本的2D實驗,15,對t1進行第二次傅立葉轉(zhuǎn)換就可以確定調(diào)制頻率。就是將所有譜圖的第一個點進行傅立葉轉(zhuǎn)換，然后第二個點一直到所有的點。所得的譜圖就是一個單位均為頻率的兩維譜圖,FT (t1,f2,f2,f1,t1,基本的2D實驗,16,2D 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,基本的2D實驗,17,等高線模式顯示,f2,f1,一個真正的2D譜圖,18,2D NMR 術(shù)

7、語,同核 2D NMR 實驗譜圖應(yīng)為正方形矩陣，1SW = 2SW (1TD 與 2TD 不用也相等,19,COSY,2D COSY (COrrelation SpectroscopY) 實驗是最簡單，也是最廣泛應(yīng)用的2D NMR實驗之一。它是基于直接J偶合進行極化轉(zhuǎn)移的同核化學位移相關(guān)實驗。因此，通過分析2D譜圖可以得到同核化學鍵相關(guān)的信息,COSY實驗主要有兩種: COSY 45 的對角峰較小 COSY 90 的信號較強 COSY 60 介于以上兩者之間,20,COSY (獲得3J偶合關(guān)系,n-butyl acetate,1,2,3,4,5,6,1,6,5,4,3,4,3,5,21,DQF

8、-COSY,多量子濾波 COSY (COSY-MQF) 實驗是COSY實驗的衍生物，多量子濾波可以壓制低相干級數(shù)的信號。 DQF-COSY 實驗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 實驗的對角峰比普通COSY實驗的對角峰窄，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實驗要低,22,DQF-COSY,TQF-COSY COSY-DQF-PH COSY-DQF-PH-PR,23,NOESY,基本的 NOESY 實驗序列與其它同核2D實驗的原理相似。在90 1H 激發(fā)脈沖后，橫向磁化矢量在 t1 時間內(nèi)自由演化。下一個90 1H 脈沖建立縱

9、向的磁化矢量，在 NOE 混合時間內(nèi)，磁化矢量通過交叉馳豫或化學交換進行轉(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 實驗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 實驗中，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 實驗是不同的，COSY 實驗通過 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)子之間在化學鍵上是接近的,24,NOESY,NOESY 實驗給出2D 同核化學位移相關(guān)譜，從譜圖中可以得出質(zhì)子間的空間相關(guān)

10、信息。通常對角峰為正峰，化學交換交叉峰也為正峰，對于大分子來說，其運動較慢，處于 spin-diffusion 范圍，NOE 交叉峰為正峰（負的 NOE）；對于小分子來說，其運動較快，處于 extreme-narrowing 范圍，NOE 交叉峰為負峰（正的 NOE）。因此，對于小分子來說，化學交換和NOE 交叉峰的相位相反，易于區(qū)別,對于小分子，混合時間通常在 400-500 ms 左右，對于大分子，混合時間通常在 100-200 ms 左右。最佳的混合時間大小接近 T1 馳豫時間,25,ROESY,ROESY (Rotating-frame Overhauser SpectroscoPY)

11、 也可以給出分子的 NOE 相關(guān)信息。 在 ROESY 實驗中，通過對磁化矢量進行自旋鎖定，使得交叉馳豫在旋轉(zhuǎn)坐標系中進行。因此、橫向的 NOE (ROE) 總是正的 (沒有 NOESY 實驗中 NOE 為零的情況)，同時化學交換的峰總是與 NOE 信號的相位相反,在 ROESY 實驗中，混合時間就等于自旋鎖定的時間。在自旋鎖定時間內(nèi)，不同核之間發(fā)生自旋的交換,26,ROESY,在 ROESY 實驗中，信號主要來自于交叉馳豫和化學交換。同時也存在有其它一些相干轉(zhuǎn)移機制，產(chǎn)生干擾信號。 Signal type Phase Properties Observations Diagonal 正的同相

12、位吸收峰 - ROE 負的同相位吸收峰 - 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,27,ionone,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11,9,8,7,12,1,9,8,NOESY (獲得分子空間距離關(guān)系 5,28,NOESY (獲得分子空間距離關(guān)系 5,C(11)上的H - C(9)上的H 2.5 C(11)上的H - C(8)上的H 3.8 C(11)上的H - C(7)上的H 4.7,29,TOCSY,2D TOCSY (TOt

13、al Correlation SpectroscopY) 實驗可以用來指認整個自旋系統(tǒng)。 TOCSY 實驗可以用來獲得分子中與其它自旋沒有偶合的獨立片斷的特征譜圖。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,30,TOCSY,TOCSY 實驗中的自旋鎖定通常使用 WALTZ、MLEV 或 DIPSI 的脈沖序列。自旋鎖定時間（混合時間）決定了磁化矢量在自旋系統(tǒng)內(nèi)傳遞的距離，對有機小分子通常設(shè)定為 80 ms 左右,31,TOCSY (獲得所有J-偶合關(guān)系,n-butyl acetate,1,2,3,4,5,6,1,6,5,4,3,3,32,J-Resolved 同核實驗,2D J

14、-resolved 實驗可以在 2D 譜圖的兩維分別顯示化學位移和偶合常數(shù)信息。 2D J-resolved 的脈沖序列就是同核自旋回波序列,33,反式檢測實驗,反式檢測實驗主要通過檢測高靈敏度的核 (標記為 I，通常為 1H)，來研究靈敏度較低的核 (標記為 S，如 13C、15N)。 通常，最佳的實驗方法如下圖所示： 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，進行信號的檢測,34,HMQC,最基本的 HMQC (Heteronuclear Multiple-Quantum Correlation) 脈沖序列包含四個脈沖 1. 90

15、 度 1H 脈沖建立橫向磁化矢量，在 d2 時間內(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 時間內(nèi)進行化學位移演化。 3. 180 度 1H 脈沖消除異核偶合和 1H 化學位移的演化。 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 時間后，重聚為 同相位的單量子相干。 5. 在檢測 1H 信號的同時，對 X 核進行去偶,35,HMQC,HMQC 實驗有不同的脈沖序列,36,HSQC,基本的 2D HSQC (Heteronuclear Single-Quantum Correlation) 脈沖序列包含以下四個部分

16、： 初始的 INEPT 序列通過 1J(XH) 使得極化從 1H 轉(zhuǎn)移到 X。 在 t1 時間內(nèi)，反相位的 13C 磁化矢量在化學位移作用下演化。通過 1H 180 度脈沖重聚 t1 時間內(nèi) 1H-X 間偶合的演化。 反向 INEPT 序列將極化從 X 轉(zhuǎn)移回 1H。 檢測 1H 的同時對 X 進行去偶,37,HMQC (獲得1JH-X之關(guān)系,n-butyl acetate,1,2,3,4,5,6,1,6,5,4,3,6,5,4,3,2,1,38,HSQC (獲得1JH-X之關(guān)系,n-butyl acetate,1,2,3,4,5,6,1,6,5,4,3,6,5,4,3,1,2,39,HMBC,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： 在最初的 90 1H 脈沖后，可以加入 low-