دستگاه رزونانس مغناطیسی هسته یا NMR چیست؟


  رزونانس مغناطیسی هسته نامی برای مطالعه جذب تابش فرکانس رادیویی توسط هسته است. عبارت NMR ساده شده Nuclear Magnetic Resonance است. این روش برای مطالعه و تعیین ساختار ترکیب مواد و یا سنتز شیمیایی استفاده میشود. روش آنالیز NMR از دیگر روش های طیف سنجی مولکولی موثرتر است اما به دلیل بالا بودن هزینه های آنالیز مانند روش طیف سنجی مادون قرمز متداول و در دسترس نیست. در مجموع نمی­توان از کاربرد  NMRدر پزشکی، دارویی، صنایع غذایی، شیمیایی و کشاورزی چشم پوشی کرد. اساس این روش بر مبنای اندازه گیری، تابش الکترومغناطیس، در محدوده فرکانس رادیویی 4 تا 1000 مگاهرتز است. برخلاف دیگر روش های طیف سنجی، که در آنها الکترون در فرایند جذب و انتقال انرژی درگیر است، در NMR هسته اتم درگیر فرایند جذب است.

1-اصول طیف سنجی NMR 

     به طور کلی در روش آنالیز NMR نمونه در یک میدان مغناطیسی قوی خارجی قرار می گیرد. انرژی هسته عناصر مشخص به علت خواص مغناطیسی که دارند، به حداقل دو یا چند تراز کوانتیده شکافته می شود. الکترون‌ها نیز همانند هسته عمل می‌کنند. یعنی بین ترازهای الکترونی انتقالاتی صورت می‌گیرد. درست مانند انتقالات الکترونی که در نتیجه جذب تابش فرابنفش یا مرئی اتفاق می‌افتد. در حالت عادی اختلاف انرژی بین ترازهای اسپین هسته صفر است. ولی در صورتی که اتم‌ ها در معرض میدان مغناطیسی خارجی قوی قرار بگیرند، حالت تبهگن سیستم کم می شود. (در فیزیک اگر دو یا چند حالت فیزیکی وجود داشته باشند که سطح انرژی آنها یکسان باشد به آنها حالت­های چندگانه یا تبهگن می‌گویند). حال اگر میدان ناپدید شود، اتم تشدید کرده و تابش‌‌هایی را از خود نشر می‌کند که به آن تشدید مغناطیس هسته می ‌گویند. این سیگنال ها در بخش آشکارساز دستگاه  NMR شناسایی و اندازه گیری می­شوند. برای شناسایی کمی و کیفی ساختمان یک مولکول و گروه های عاملی منحصر به فرد آن، می توان این تشدید را ارزیابی کرد.

2- تئوري FAST اصطلاحات در NMR

تكنيك NMR براي آناليز ساختار بسياري از مولكول‌هاي شيميايي و تركيبات آلي استفاده مي شود. يك تركيب نوعي معمولاً شامل اتم‌هاي كربن، هيدروژن و اكسيژن مي‌باشد. در ساده ترين شكل آزمايش NMR شامل سه مرحله مي باشد:

1- قرار دادن نمونه در ميدان مغناطيسي

2- برانگيخته كردن هسته با اعمال فركانس راديويي

3- اندازه‌گيري فركانس سيگنال‌هاي نشري از نمونه

آناليزگر با استفاده از فركانس نشري ميتواند پيوندها و نحوه آرايش اتم‌ها در نمونه را استنباط نمايید. هسته‌هاي فعال در NMR در فركانس‌هاي مختلفي رزونانس ميكند كه “فركانس‌هاي رزونانس “ناميده مي‌شوند. اين فركانس‌هاي نشري از هسته هستند كه با پالس فركانس ورودي بر انگيخته شده‌اند. مقدار فركانس روزنانس به دو عامل بستگي دارد.

الف) نوع هسته ها:

هر ايزوتوپ در هسته خود از تركيب ويژه‌اي از پروتون و نوترون برخوردار است. ساختار هسته تا حد زيادي ميزان روزنانس را تعين مي‌كند. بنابراين هر ايزوتوپ نشان دهنده “فركانس رزونانس اصلي” است. هسته C13 داراي رزونانس فركانس اصلي متفاوتي از هسته 1H و … است.

ب) محل قرار گرفتن اتم‌ها

فركانس رزونانس اصلي تحت تأثير محيط اطراف محل هر اتم كه ايزوتوپ در آن قرار گرفته جابجا مي‌شود. مقدار دقيق فركانس رزونانس اصلي هسته‌هاي H1 در يك تركيب ويژه به اتم‌هايي كه با آنها پيوند دارند و در اطراف آن قرار گرفته‌اند وابستگي دارد. در واقع هسته بوسيله الكترون‌هايي احاطه شده كه ممكن است به صورت بار الكتريكي متحرك با ميدان مغناطيسي همراه شوند.‌ اين الكترون‌ها هسته را در برابر ميدان مغناطيسي محافظت مي‌كنند. ميزان محافظت به محيط اطراف هر  اتم بستگي دارد. اندازه تغييرات ميدان )كه منجر به تغيير فركانس خواهد شد) به نوع ايزوتوپ و قدرت ميدان مغناطيسي كه نمونه در آن قرار گرفته بستگي دارد.

سيگنال‌هاي NMR به صورت طيف نمايش داده مي‌شوند و در آناليز آنها شدت و مكان (فركانس) مهم است. در NMR به طور معمول فركانس بر روي محور افقي قرار دارد و به سمت چپ افزايش مي‌يابد. فركانس اطلاعات كيفي در مورد محيط اطراف اتم در اختيار قرار مي‌دهد. مجموع شدت‌ها با اندازه‌گيري قدرت سيگنال از طريق اندازه‌گيري سطح زير منحني پيك‌ها مشخص مي‌شود. انتگرال با تعداد هسته‌هايي كه در آن فركانس معين سيگنال را ايجاد كرده‌اند رابطه مستقيم دارد )اگر تمام هسته‌ها يكسان برانگيخته شوند). بنابراين ميتوان داده‌هاي كمي در مورد ساختار شيميايي نمونه بدست آورد. براي برانگيخته كردن هسته معين در آزمايش NMR فركانس پالس برانگيخته بايد مطابق فركانس رزونانس هسته باشد. اين فركانس، فركانس حامل ناميده ميشود. مثلاً اگر آزمايش با مغناطيس T11.7 انجام شود.

هسته هيدروژن به فركانس حدود MHz 500 و هسته 13C به فركانس MHz 125 فركانس حامل نياز دارد. در آزمايش‌هايي كه بيش از يك هسته برانگيخته مي‌شوند مانند انتقال قطبش و واجفت شدگي، با وجوديكه بيش از يك فركانس حامل وجود دارد فركانس مشاهده شده يك است.

2-1- ترکيبات رفرنس، Hertz، PPM

ميدانيم كه سيگنال‌هاي NMR نسبت به دو فاكتور سنجيده مي‌شوند، فركانس و شدت . فركانس بر حسب هرتز (Hz) و يا مگاهرتز (MHz) سنجيده مي‌شود. در صورتيكه اندازه‌گيري‌ها نسبت به يك فركانس مرجع سنجيده شوند گزارش طيف‌ها ساده‌تر خواهد بود. مرجع پيشنهاد شده براي طيف‌هاي 1H تركيب تترامتيل سيلان (TMS) است. زمانيكه طيف‌هاي 1HNMR ويا 13CNMR نياز است TMS پيك مشخص يكتايي در فركانس صفر هرتز نشان مي‌دهد و فركانس بقيه پيك‌ها نسبت به فركانس TMS سنجيده ميشوند. سنجش سيگنال‌ها نسبت به TMS به وضوح تعداد ارقام مختص فركانس مربوطه را كاهش مي‌دهد. با اين حال استفاده از ppm به جاي HZ ساده‌تر است. واحد ppm بيانگر اندازه‌اي است كه رزونانس يك پروتون بر حسب قسمت در ميليون فركانس دستگاه طيف سنج از TMS فاصله گرفته است. اين پارامتر مستقل از ميدان مغناطيسي است و از رابطه زير بدست مي‌آيد:

با توافق شيميدانان تغيير مكان شيميايي در واحد دلتا (σ) يا PPM بیان می شود.

2-2- اسپين هسته:

بسياري از هسته‌هاي اتم‌ها داراي خصلتي هستند كه اسپين خوانده مي‌شود. هسته‌ها به گونه‌اي رفتار مي‌كنند كه گويي در حال چرخش هستند. اتم‌هايي كه عدد جرمي فرد، عدد اتمي فرد يا هر دو را دارند، داراي گشتاور زاويه اسپين كوانتايي و گشتاور مغناطيسي هستند. معمولترين هسته‌هايي كه داراي اسپين هستند عبارتند از 11817O ،714N ،613C ، 12H ،919F . هسته اتم هيدروژن معمولي داراي اسپين است. براي هسته‌هايي كه اسپين دارند، تعداد حالات اسپين مجاز، كوانتايي بوده و بوسيله عدد كوانتومي اسپين هسته I تعيين مي‌گردد، كه اين عدد يك ثابت فيزيكي براي يك هسته است. براي يك هسته با عدد كوانتوميI ، تعداد حالات اسپين مجاز 2I+1  بوده كه از +I تا –I را در برمي‌گيرد. حالات اسپين به صورت زير خواهد بود: -I, (-I+1), …, (I-1), +I

در غياب ميدان مغناطيسي تمام حالات اسپين يك هسته، ترازهاي انرژي برابري دارند و در يك ميدان مغناطيسي، حالات اسپين انرژي يكساني را نخواهند داشت زيرا يك هسته ذره‌اي باردار بوده و هر ذره باردار متحرك خود توليد ميدان مغناطيسي مي‌كند و هسته داراي گشتاور مغناطيسي μ است كه بوسيله بار و اسپين آن توليد مي‌شود. جذب رزونانس مغناطيس هسته‌اي هنگامي رخ مي‌دهد كه هسته‌ها هم جهت ميدان اعمال شده انرژي كرده و جهت اسپين خود را نسبت به آن ميدان تغيير دهند. جذب انرژي فرايند كوانتايي بوده و برابر اختلاف انرژي بين دو حالت موجود است.

اين اختلاف انرژي به قدرت ميدان مغناطيسي اعمال شده B0 و نوع هسته دارد و چون هر هسته نسبت بار به

جرم متفاوتي دارد اين نسبت را نسبت گردش مغناطيسي  γمی‌گویند.

براي پروتون در ميدان‌هاي با قدرت مختلف تابش متناسب آن جذب شده و γ با قرار دادن مقادير صحيح انتقال اسپين از ترازي به تراز ديگر رخ مي‌دهد. فركانس اين نوع تابش در حد امواج راديويي بوده و تنها قادر است اسپين هسته را تغيير دهد.

اگر قدرت ميدان مغناطيسي 1.41 تسلا باشد رزونانسي در حدود MHz60 رخ خواهد داد و با بهره‌گيري از رابطه ΔE = hυ  ميتوان محاسبه كرد كه اختلاف انرژي بين دو حالت اسپيني در حدي است كه انرژي حرارتي كسب شده از دماي اتاق براي اشغال اين سطوح انرژي كافي است. اگر چه جدايي بين سطوح انرژي اندك است اما تراز اسپيني با انرژي كمتر داراي اندكي مازاد هسته است و اين اختلاف با استفاده معادله توزيع بولتزمن محاسبه ميشود.

در اين معادله ΔE اختلاف انرژي بين سطوح فوقاني و زيرين، k ثابت گازي مولكولي، υ  فركانس عمل كننده دستگاه و h ثابت پلانك است. اين معادله نشان مي‌دهد كه با رزونانس دستگاه تعداد هسته‌هاي مازاد حالت پايين افزايش پيدا مي‌كنند كه باعث افزايش حساسيت دستگاه و در نهايت سيگنال‌هاي رزونانس قويتر مي‌شوند.

2-3- تغيير مکان شيميايي 1HNMR

اگر فركانس رزونانس همه پروتون‌ها يك مولكول مشابه بود ديگر NMR استفاده چنداني در شيمي نداشت . نه تنها انواع گوناگون پروتون‌ها غير مكان شيميايي مختلف دارند بلكه مقدار تغيير مكان شيميايي آنها صفت مشخصه نوع آنها است. هر پروتون فقط در محدودهاي از مقادير σ رزونانس مي‌دهد. بنابراين مقدار عددي(بر حسب PPM) تغيير مكان شيميایی يك پروتون اطلاعاتي راجع به نوع پروتوني كه توليد سيگنال كرده مي‌دهد.

2-4- تغيير مکان شيميايي 13NMRC  

در طيف NMR كربن تغيير مكان شيميايي پارامتر مهم است. در اينجا تغيير مكان شيميايي در محدوده وسيعتري(220-0  PPM) نسبت به پروتونهای (12-0 PPM) مشاهده مي‌شوند.

2-5- طيف و  FID

سيگنال‌هاي نشري از اتم‌هاي برانگيخته نمونه دريافت و پس از تبديل فوريه با اسپكترومتر ثبت مي‌شوند. فرايند دريافت سيگنال‌هاي NMR اكتساب (acquisition) نام دارد. در اين فرايند داده‌ها به‌دست مي‌آيند. بين دو جمله دامنه زمان و دامنه فركانس در FID بايد تمايز قائل شد. در زمان اكتساب داده‌ها به صورت خام دريافت مي‌شوند و سيگنال دريافتي FID (زوال القاي آزاد) نام دارد.

براي اينكه FID بتواند به طور مفيد آناليز شود بايد به دامنه فركانس تبديل شود. اين كار با استفاده از تبديل فوريه با علامت ft انجام مي‌گيرد. تبديل فوريه عملگر رياضي است كه FID را به فركانس در طيف تبديل مي‌كند. سيگنال FID تغييرات شدت با زمان را نشان مي‌دهد در حاليكه طيف تغييرات شدت را نسبت به فركانس نشان مي‌دهد. تبديل فوريه يكي از مهمترين عملگرهاي پردازشي است كه به طور معمول روي داده‌هاي خام انجام مي‌گيرد.

3- معرفی دستگاه NMR

3-1- بخش مغناطیسی (آهن ربا):

     حساسیت و قدرت تفکیک دستگاه طیف سنجی  NMR  به کیفیت آهن ربا وابسته است و  با افزایش قدرت میدان مغناطیسی حساسیت افزایش می یابد. میدان مغناطیسی القایی ایجاد شده باید محیطی همگن، پایدار و تکرار پذیر برای نمونه ایجاد کند. هم آهنرباهای دائمی و هم آهنرباهای الکترومغناطیسی قابل استفاده در این طیف سنجی با ابعادی بزرگ به کار می روند. این مگنت ها اکثرا به شکل سیم پیچ هستند.

3-2-پیمایش گر میدان مغناطیسی:

     برای ایجاد یک میدان مغناطیسی که در یک محدوده کوچک خاصیت تناوبی داشته باشد از یک جفت سیم ‌پیچ به صورت موازی با سطوح جریان استفاده می شود. تغییر میدان مؤثر (بدون از دست دادن همگنی) ، با ایجاد تغییر در جریان مستقیم میان این سیم ‌پیچ ‌ها از قابلیت این سیستم می باشد. گستره این تغییرات تا چند صد میلی گوس نیز می رسد.

 3-3- منبع تولید امواج رادیویی:

     منبع فرکانس رادیویی وظیفه تامین انرژی مورد نیاز برای تغییر جهت اسپین پروتون ها یا هسته های غیر پروتونی را بر عهده دارد. در نتیجه فرکانس حاصل از منبع و انتقال آن به داخل جفت سیم پیچ عمود بر مسیر میدان است که باعث قطبیدگی می شود. منبع لازم است همواره فرکانس ثابتی منتشر کند و برای آنالیزهای با تفکیک بالا نیز قابل استفاده باشد.

الف) ظرف نگهدارنده نمونه:

      سل نمونه شامل یک لوله شیشه ای استوانه ایست به قطر 5 میلی متر که معمولا حدود 4 میلی متر از نمونه در آن قرار داده می شود. این لوله شیشه ای در میان کاربران NMR  با نام تیوب NMR  شناخته می شود.   سل نمونه سپس در فضای دو قطب آهن ربا قرار می گیرد. و توسط یک جریان سریع هوا چرخانده می­شود تا نمونه یکنواخت تری برای بررسی های بعدی حاصل شود.

ب) تانک خنک کننده:

     قسمتی از دستگاه NMR  که وظیفه خنک کنندگی سیم پیچ ابررسانا را دارد بزرگ ترین قسمت دستگاه یا همان تانک خنک کننده است. برای رسیدن به دمای ۲۶۹- درجه سلسیوس برای  خنک کردن سیم پیچ از دو مایع بسیار سرد، یعنی هلیوم مایع و نیتروژن مایع که درون تانک خنک کننده پر شده است استفاده می شود.در تصویر زیر شمای کلی از تانک خنک کننده را مشاهده می کنید:

ج) آشکار ساز یا detector:

     سیگنالی که با فرکانس رادیوییRF تولید می شود به علت جهت گیری دوباره اسپین ها پس از جذب انرژی توسط نمونه است. این سیگنال ها که در نتیجه رزونانس هسته ها با تابش امواج رادیویی تولید شده اند توسط سیم پیچی که ظرف نمونه را احاطه کرده و عمود بر سیم پیچ منبع قرار دارد آشکار می شود. علائم الکتریکی تولید شده برای بررسی و اندازه گیری نیاز به تقویتی با ضریبی حدود 105برابر را دارند.

3-4- معرفي سيستم Lock (قفل مغناطيس):

هدف از Lock كردن سيستم آن است كه قدرت ميدان مغناطيسي در اطراف نمونه در طول انجام آزمايش كاملاً ثابت بماند و به دليل ناهمگوني‌هاي خارجي تغيير نكند. در آناليز NMR فركانس دقيق سيگنالهاي نشري از نمونه اندازه‌گيري مي‌شوند كه اين فركانس‌ها رابطه مستقيم با ميدان مغناطيسي دارند و اگر ميدان تغيير كند فركانس نيز متفاوت خواهد بود بنابراين كاربر بايد اطمينان داشته باشد كه قدرت ميدان در طول انجام آناليز به همان اندازه حفظ مي‌شود كه به آن قفل كردن نمونه (Locking) گفته مي‌شود. سيستم  Lock در واقع خود يك طيف‌سنج جداگانه است كه براي مشاهده دوتريم طراحي شده است. لازم به ذكر است كه سيگنالهاي دوتريم از فركانس‌هاي مورد نظر دور ميشوند. AVANCE  با سيستم SGU ، BSMS سخت افزار مورد نياز براي اجراي Lock را به گونهاي فراهم كرده كه به طور جداگانه مدول دوتريم را به HPPR منتقل كرده و سيگنال Lock را دريافت مي‌كند. مقداري دوتريم بايد داخل نمونه‌اي كه آناليز مي‌شود ريخته شود. اين كار به راحتي با حل كردن نمونه در حلال دوتره انجام مي‌‎شود. در حلال دوتره درصد بسيار زيادي از هيدروژن‌ها بوسيله دوتريم جايگزين شده‌اند. برخي حلال‌هاي دوتريم معمول شامل: كلروفرم- d ، 6d-DMSO ، بنزن- 6d ، O2D و بسياري از حلالهاي ديگر هستند. فركانس سيگنال‌هاي نشري دوتريم با اندازه معين از مغناطيس به طور دقيق مشخص است بنابراين اگر قدرت ميدان درست باشد هر هسته دوتريم در نمونه بايد در اين فركانس نشر كند. اگر قدرت ميدان تغيير كند. فركانس دوتريم نيز تغيير خواهد كرد. سيستم Lock از يك گيرنده كه داخل قفسه BSMS قرار دارد استفاده ميكند تا فركانس دوتريم را نمايش دهد و براين اساس قدرت ميدان مغناطيس را تنظيم ميكند. گيرنده در سيستم Lock  به گونه‌اي طراحي شده كه تا وقتي كه قدرت ميدان صحيح باشد (فركانس دوتريم در جاي صحيح باشد) هيچ گونه تنظيماتي در اين زمينه انجام نمي‌شود. اما اگر قدرت ميدان تغيير كند، جريان در سيسم پيچ مخصوص كه داخل سيستم Shim مغناطيس قرار گرفته تغيير مي‌كند و منجر به بازگشت قدرت ميدان به مقدار صحيح آن مي‌شود. فركانس چندين هزار بار در ثانيه اندازه‌گيري مي‌شود. از اين رو كاربر ميتواند اطمينان داشته باشد كه ميدان در حين انجام دستيابي به داده ثابت است.

الف)Lock كردن نمونه:

تمام مراحل مربوط به Lock كردن نمونه به طور دستي انجام مي‌شوند. كاربر با استفاده از كامنت Lock در محل كامنت حلال نمونه را در جدول Lock مي‌كند. فركانس و قدرت سيگنال Lock بسته به حلال دارد. پارامترهاي تنظيم Lock در تاپ اسپين Lock power ، gain و فركانس هستند كه براي هر حلال داده‌هاي متناسب با آن وجود دارد و BSMS به سرعت با روبش در دامنه‌اي از فركانس‌ها و مقادير ميدان مغناطيسي آن را پيدا و Lock مي‌كند. براي Lock سيستم كامنت Lock را نوشته و در پنجرهاي كه باز ميشود حلال انتخاب مي‌شود. زماني كه سيستم Lock شد پيغام دريافت مي‌شود. در اين حالت سيگنالهاي اورلپ شده به صورت خطوط افقي راست در پنجره Lock ديده مي‌شوند.

5-3-پراب:

طراحي پراب به منظور نگه داشتن نمونه، انتقال سيگنال‌هاي راديويي براي برانگيخته كردن نمونه و دريافت پاسخ نشري از آن مي‌باشد. انتقال و دريافت سيگنال با استفاده از سيمپيچ‌هاي ويژه RF انجام ميشود. پراب در پايين مگنت و داخل سيستم Shim در دماي اتاق قرار گرفته است. كابل‌هاي هم‌محور سيگنال‌هاي برانگيختگي را از كنسول آمپليفاير به پراب سيگنال‌هاي NMR را از نمونه به گيرنده منتقل مي‌كنند. كابلها از طريق مجموعه‌اي از پيش‌آمپليفايرها )در HPPR ( كه در كنار پايه مغناطيس قرار دارند مسيريابي مي‌شوند. پيش‌آمپليفايرها براي تقويت سيگنال‌هاي بسيار ضعيف NMR لازم هستند.

4-آماده سازي نمونه NMR:

زماني كه از نمونه جامد در تكنيك NMR استفاده ميشود سيگنالها پهن ميشوند، براي حل اين مشكل نمونه در حلال حل شده و وارد فاز مايع ميشود. بهترين نتيجه زماني بدست ميآيد كه نمونه تا حد ممكن خالص باشد. سيگنالهاي ناشي از ناخالصي در بهترين حالت طيف را پيچيده ميكنند و در حالت بدتر سيگنالهاي اصلي را تغيير ميدهند. همچنين ناخالصيهاي مغناطيسي بايد حذف شوند زيرا ميتوانند ميدان مغناطيسي را تحت تأثير قرار دهند و باعث تخريب وضوح طيفسنج شوند. ناخالصيهاي جامد را ميتوان با صاف كردن جدا كرد و نمونهها را كامل خشك كرد تا در صورت داشتن آب خشك شوند.

4-1– انتخاب حلال

پس از خالص سازي و خشك كردن نمونه، مرحله بعد انتخاب حلال مناسب است. از آنجا كه دوتريم هسته قفل كننده (Lock) است كه بيشتر استفاده مي‌شود . نمونه معمولاً در حلال دوتره حل مي‌شوند. (حلال دوتره حلالي است كه بيش از%99  هيدروژن‌هاي آن بوسيله اتم دوتريم جايگزين شده است(.

4-2– حلاليت

هر چه حلاليت نمونه در حلال بيشتر باشد بهتر است. با افزايش حلاليت نمونه حساسيت آزمايش افزايش پيدا ميكند. همچنين در صورتي كه مقدار نمونه كم باشد حلاليت بالا مهم است.

  • مزاحمت سيگنال حلال با طيف نمونه:

حلال به ناچار سيگنال NMR دارد كه ناحيه طيف مربوطه را در آن قسمت دچار ابهام ميكند. پيك حلال نبايد با سيگنال نمونه هم‌پوشاني داشته باشد.

4-3– وابستگي دمايي

در آزمايشاتي كه در بالاتر يا پايين تر از دماي اتاق انجام مي‌شوند نقطه ذوب و جوش حلال مهم است، زيرا حلاليت به تغيير دما وابسته است.

4-4– ويسكوزيته

هر چه قدر ويسكوزيته حلال كمتر باشد قدرت تفكيك آزمايش بهتر خواهد بود.

4-5– قيمت

از آنجا كه تعداد زيادي نمونه NMR اندازه‌گيري ميشوند، قيمت حلال مهم است. هر چه تعداد اتم‌هاي دوتره بيشتر باشد قیمت افزايش پيدا مي‌كند.

4-6– آب حلال

عموماً تمام حلالهاي NMR داراي مقداري جزئي آب هستند. و بيشتر آنها جاذب آب هستند و هر چه زمان بيشتري باقي بمانند آب بيشتري جذب مي‌كنند. هر چه شدت پيك آب بيشتر باشد كيفيت طيف NMR كم مي‌شود.

4-7– لوله آزمايش نمونه NMR

زمانيكه نمونه آناليز مي‌شود بسته به نوع پراب و نوع آزمايش بايد بچرخد. چرخش اسپيني باعث از بين بردن ناهمگوني‌هاي ميدان در جهت x و y شده و در نتيجه باعث بهتر شدن وضوح طيف ميشود.‌ از معايب چرخش اسپين ميتوان حضور سايه هاي ناشي از چرخش اسپين را نام برد. اين سيگنال‌هاي مبهم (مشابه پيک) در نتيجه مدولاسيون ميدان مغناطيسي در فركانس اسپيني ايجاد مي‌شوند. اين پيك‌ها اغلب در دو طرف يك پيك بزرگ با شدت يكسان و به مقدار عددي سرعت اسپين ظاهر مي‌شوند. شدت اين پيك‌ها متناسب با شدت پيك اصلي است. در صورتيكه سرعت اسپين Hz 20  باشد شاهد دو سايه در فاصله Hz 20 بالاتر و پايين تر از پيك اصلي هستيم.

در حاليكه وجود سايه‌ها در طيف NMR اجتناب ناپذير است، اندازه آنها به كيفيت لوله آزمايش وابسته است در حالت ايده‌آل لوله نمونه بايد تقارن استوانه‌اي كامل داشته باشد. عموماً اندازه بزرگ سايه‌ها ناشي از عدم تقارن لوله‌هاي آزمايش است و براي جلوگيري از ايجاد آن بايد كيفيت لوله‌ها را بالا برد. لوله‌هاي نمونه بايد تميز و عاري از هر گونه گرد و غبار و خراش باشند. لوله‌هاي NMR نبايد با برس شستشو داده شوند. شستشوي لوله‌هاي NMR با حل كردن در استون و آب و ساير حلالها، استفاده از التراسونيك براي حل كردن تمام موارد در صورت وجود و در صورتيكه باز هم لوله تميز نشود با استفاده از محلوهاي اسيدي و بازي قوي لوله‌ها تميز مي‌گردند. لوله‌هاي NMR را ميتوان در آون خشك كرد اما دماي آون بايد بيشتر از °C 100 نباشد. همچنين بهترين حالت خشك كردن لوله عبور آن از جو نيتروژن در انتها است.

5- روش آماده سازي نمونه

بهتر است كه نمونه محلول NMR پس از صاف كردن وارد لوله NMR شود تا فاقد هر گونه گرد و غبار و ناخالصي باشد.

  • در نمونه‌هاي جامد و لوله‌هاي 5mm ، حدود mg 20 از نمونه در mL 0.6 حلال حل ميشود.
  • نمونه‌هاي مايع20%  از نمونه در 80% حلال حل ميشود
  • در حدود 0.1% از TMS )تترامتيل سيلان(  به عنوان استاندارد داخلي به نمونه اضافه ميشود. بايد مطمئن شويد كه سيگنال TMS كوچكتر از اغلب پيك‌هاي با دشت بالا در طيف باشد.
  • نمونه از طريق پیپت پاستور كه كاملا خشك و تميز است به لوله منتقل ميشود.
  • حدود mL 0.2 حلال دتره به نمونه اضافه شود به طوريكه در نهايت عمق نمونه در داخل تيوپ Cm 3-4 باشد.
  • درب نمونه را گذاشته و براي جلوگيري از تبخير حلال آن را با پارافيلم مهر و موم كنيد. توجه كنيد درب،
  • پارافيلم و برچسب متقارن بر روي لوله باشند در غير اين صورت بر روي طيف تأثير مي‌گذارند.

6- مزایا و معایب آنالیز NMR:

     طیف های NMR مانند اثر انگشت منحصر به فرد بوده و برای هر ترکیبی طیف منحصر به فردی ثبت خواهد شد.آنالیز NMRدر حال حاضر تا حد زیادی جایگزین تست های شیمیایی سنتی مانند معرف های رنگی یا کروماتوگرافی معمولی شده است. با این حال تفسیر طیف NMR مستلزم داشتن مهارت و دانش کافی در این زمینه است.

      یکی از نقاط ضعف این روش مقدار نسبتاً زیاد نمونه مورد نیاز یعنی ۲-۵۰ میلی گرم است. بازه زمانی NMR  تقریبا طولانی است و بنابراین برای مشاهده پدیده هایی که با سرعت زیاد رخ می دهند مناسب نیست و فقط یک طیف متوسط ​​تولید می کند.روش NMR ذاتاً بسیار حساس نیست، با اینکه در فرکانس های بالاتر ، حساسیت بیشتری دارد. كم بودن حساسيت این روش  است که باعث می شود برای غلظت های کم، گونه مورد نظر کارایی نداشته باشد. کار با دستگاه NMRنیاز  به تخصص و مهارت ویژه  دارد همچین هزینه تعمیر و نگهداری دستگاه نسبتا زیاد است.

یکی از دستگاه های قابل عرضه در شرکت آریافن ورزان دستگاه NMR ساخت کمپانی چینی Qonetec می باشد.

Nano Scienceمقالات

رزونانسمغناطیس

امکان ارسال دیدگاه وجود ندارد!

en_USEnglish
fa_IRفارسی en_USEnglish