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-(19)F二维相干核磁共振波谱新方法

文档名称:-(19)F二维相干核磁共振波谱新方法
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上传者:nieguanglin
添加时间:2019/05/07
内容摘要:
第43卷
分析化学( FENXI HUAXUE)研究报告
第8期
2015年8月
Chinese Journal of Analytical Chemistry
1203~1209
DOI:10.11895/3.isn.0253-3820.150223
双通道平行采集H/F二维相干核磁共振波谱新方法
万瑛博李峣虹
(苏州大学材料与化学化工学部,苏州市分子诊断重点实验室,苏州215123)
摘要设计了一种新型核磁共振脉冲序列'H/ F PANSY-COSY。在600MHz核磁波谱仪上,利用'H/F独
立调谐的HFX三共振探头和双接收器,实现了在'H和F通道中同时采集二维H2 COSY和°F- F COSY
核磁谱图。平行采集核磁技术( Parallel NMIR, PANSY)可同时进行多个核磁实验。以4,4,5,5,6,6,7,7,7-九
氟1-庚醇为例,比较其'H/ F PANSY-COSY与常规'H-' H COSY和”F-"'FC0SY测试结果,发现 PANSY在不
降低影响信号分辦率和灵敏度的情况下,节约总实验时间40%。
关键词双通道;平行采集;核磁共振;有机氟化合物
1引言
核磁共振波谱法(NMR)广泛应用于生物,医药,化学,材料等多个领域-?,是鉴定有机物化学结
构、研究化学反应机理?、分析化合物成分含量?的重要方法之一。它检测的是样品中待测元素核
在外加磁场中自旋能级间跃迁的能量,该信号大小与待测元素的磁旋比y、外加磁场强度B以及待测元
素数目m有关。对于指定样品(即y和m固定),可通过两种方法提高其核磁信号的信噪比(S/N),
是增加磁场强度B,直接提高信号强度;二是增加数据采集次数,信号累积而噪音抵消。磁场强度B
受限于硬件,仪器安装后一般不人为改变。故常规核磁测试多采用在已有谱仪上增加数据采集次数n
来提高信噪比(S/N与a成正比增加),n增加则所需测试时间延长。如何在有限的时间内优化信噪
比,是进一步提高核磁谱图质量的关键。
通常对样品的核磁研究从一维检测开始,针对其所含元素做'H,C,°F,3N,1P, Si NMR等
DNMR,获得其化学位移,耦合裂分与谱峰积分信息。随后,可利用二维同核相关如COSY81,TOC
SY?), NOESY?, INADEQUATE等脉冲序列,以及异核相关HSQC1,HMBC等脉冲序列研究样
品分子内,分子间各结构单元待测核的相关。对于一些复杂体系例如蛋白质分子结构和高分子结构的
测定,还可能用到三维核磁共振。但这些测试无一例外,都需要依次进行,分别采集。这是由于目前
核磁共振波谱仪通常仅配置单接收器,脉冲序列也都按照单接收器设计,每次仅能采集一种元素的核磁
信号。在样品检测过程中,每次采集都需要预备期让磁矢量回复到基态,非测定核的磁矢量通道被空
置,浪费了大量时间。
为改善这种情况,2006年 Kupcce等首次提出通过增加第二接收器,双通道平行采集NMR(Par
ale NMR, PANSY)。他们设计脉冲序列在H和C双通道平行采集'H-' H COSY与'H- C HETCOR,
H-4 H TOCSY与 H-C HSQC/HMQC信号。并在此基础上,设计出“平行采集多合ー”( PANACEA)脉
冲序列,H和C双通道采集'H- C HSQC/HMBC与C- C INADEQUATE,这些技术可应用于有机硅化
合物?和生物分子结构分析,等多个领域,提高核磁采集效率。
PANSY在短时间内同时完成多项检测,提高了易降解物质以及核磁原位检测有机反应的谱图检测
准确度,也可以减少硬件不稳定引起的实验间误差。现有 PANSY技术主要围绕平行采集高频与低频核
的二维异核相关,例如H-X与°F- X HSQC/HMBC(X为C,N等低频核)。但关于'HルF这两种高
频核的二维同核相关平行采集却未见报道。近年来,随着氟工业的发展,运用NMR对有机氟化合物进
2015-03-20收稱;201505-15接受
本文系国家自然科学基金(N.21305098),教育部博士点基金(No.20123201120014),苏州科技基础设施建设计划(No.SZS201207)
及江苏高校优势学科建设工程资助项目
E-mail.Ixh83@suda.edu.cn
分析化学
第43卷
行研究受到广泛关注[。其中, H-H COSY和°F-9 r COSY是对有机氟化合物结构鉴定最有效的
维核磁方法。因此本研究设计了一种新型' H/E PANSY-COSY脉冲序列,双通道平行采集'H-'H和
°F-° F COSY信号。以4,4,5,5,6,6,7,7,7-九氟
1-庚醇(结构如图1所示)为模型分子,比较'H/F
C
PANSY-COSY脉冲序列与常规H- H COSY和°
H2
F2
F-' F COSY结果,证实 PANSY在不降低信号分辦图14,4,5,,,7,2九氟1-庚醇结构式
率和灵敏度的情况下,可节省大量实验时间。
ig. 1 Molecular structure of 4, 4, 5, 5, 6, 6, 7, 7, 7-nonaflu-
2实验部分
oro-1-heptanol
2.1仪器与试剤
实验选用模型分子4,4,5,5,6,6,7,7,7-九氟-1-庚醇购自 Sigma- Aldrich公司,氘代氯仿(CDCl3,
99.8%氘代)购自 Cambridge Isotope Laboratories公司。样品配于5m核磁管内,200pL4,4,5,5,6,6,
7,7,7-九氟-1-庚醇溶于700 WL CDCI3
所有1D和2DNMR实验均采集自 Agilent公司 Direct- Drive II600MHIz核磁共振谱仪(H和”F共
振频率分别为599.829MHz2和564.337MHz)。该核磁共振谱仪共配置4个宽带射频通道,如图2所
示,其中第一和第三通道采用100W线性功率放大器实现对H和F高频核磁信号的处理与采集,第
和第四通道采用300W线性功率放大器覆盖X/Y低频核磁信号。为完成信号双通道平行接收,该仪器
特别增配了第二接收器,在实验过程中,第一接收器可采集来自第一或第二通道的信号,第二接收器可
采集来自第三或第四通道的信号。实验使用5mHFX三共振探头,如图2所示,'H,"F两个高频核信
号经由分频器分别通过第一和第三射频通道,实现'H,'F的同时采集和去耦,Ⅹ核低频信号正常通过第
通道完成采集及去耦。
第四通道X
该探头元件中去除了所有
Channel 4 X
第二接收器
第三通道F
Receiver 2
含氟材料,以避免产生氟背
Channel 3 F
景噪音。
H下」分频器
Channel 2 X
第一接收器
HFX探头
Divider
第一通道H
2.2NMR数据采集
HFX probe
H1D-NMR及F1D
NMR的实验温度为25℃,图2"H/" F PANSY-COSY仪器装置示意图。通过分频器实现'H、"FNMR平行双
循环等待时间198,其中H通道采集。
的脉冲时间9.2ps,谱宽Fg-2 Instrumental setup for'EL/ 19F PANSY( parallel acquisition NMR spectroscopy)
10kHz,
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