Page 60 - Perdih, Andrej, Katja Lakota, Alja Prah. 2020. Strukture bioloških molekul. Univerzitetni učbenik z recenzijo in navodila za vaje. Koper: Založba Univerze na Primorskem.
P. 60
andrej perdih, katja lakota, alja prah
NMR spektrometer, ki ga prikazuje Sliki 3 sestoji iz vrtečega se držala za preiskovani vzorec, ki
je postavljen znotraj močnega magneta. Magnet ima tudi poseben magnetni regulator za
natančno produkcijo apliciranega magnetnega polja. Radiofrekvenčni oddajnik aplicira EM RF
pulz, ki vzbudi magnetno aktivna jedra in nato detektor zazna izsevano EM valovanje, ki je
posledica relaksacije jeder. Sprejemnik s pripadajočo računalniško opremo omogoča
vizualizacijo in obdelavo pridobljenih podatkov.
Slika 3. Shema NMR spektrometra.
2. MAGNETNO SENČENJE JEDER IN KEMIJSKI PREMIK
Poglejmo si nekaj lastnosti NMR eksperimenta, ki jih s pridom izkoriščamo za lažje določanje
strukture. Vsa atomska jedra molekule obdajajo različno gosti oblaki elektronov. Elektronska
gostota okrog posameznega atoma je odvisna od polarizacije posameznih vezi in lokalne
molekularne strukture. Elektroni so tudi delci s svojim lastnim spinom in se zato odzivajo na
zunanje magnetno polje, ki ga apliciramo med NMR eksperimentom. V tem polju se orientirajo,
podobno kot atomska jedra, večinoma nasproti zunanjemu polju in ga tako zmanjšajo. Pravimo
tudi, da elektronski oblak senči jedra pred zunanjim magnetnim poljem, kot to shematsko
prikazuje Slika 4. Čim večja je elektronska gostota okrog atomskega jedra, tem močnejše je
senčenje.
Lokalna struktura torej vpliva na to, kakšno magnetno polje čuti posamezno atomsko jedro in
zato ima vsako jedro v specifičnem okolju nekoliko drugačno resonančno frekvenco, pri kateri
absorbira dano RF energijo. Na primeru metanola (Slika 4) lahko vidimo, da je vodik hidroksilne
skupine manj zasenčen zaradi polarizacije OH vezi in zato absorbira energijo pri nižjem
magnetnem polju. Vsi trije metilni CH3 protoni so bolj zasenčeni, saj imajo okrog sebe večjo
gostoto elektronov in zato absorbirajo pri višjem magnetnem polju. To se odraža tudi v različnih
resonančnih frekvencah obeh različnih tipov protonov (magnetno aktivnih jeder) v dobljenem
NMR spektru.
Pri senčenju je razlika v resonančnih frekvencah jeder v različnih okoljih relativno majhna. Zato
za lažjo predstavo uvedemo pojem kemijskega premika (ang. chemical shift), ki je resonančna
frekvenca magnetnega jedra, podana glede na resonančno frekvenco standarda, ki je navadno
TMS (tetrametilsilan) v enotah deli na milijon oz. ppm (ang. parts per million). S tako
60
NMR spektrometer, ki ga prikazuje Sliki 3 sestoji iz vrtečega se držala za preiskovani vzorec, ki
je postavljen znotraj močnega magneta. Magnet ima tudi poseben magnetni regulator za
natančno produkcijo apliciranega magnetnega polja. Radiofrekvenčni oddajnik aplicira EM RF
pulz, ki vzbudi magnetno aktivna jedra in nato detektor zazna izsevano EM valovanje, ki je
posledica relaksacije jeder. Sprejemnik s pripadajočo računalniško opremo omogoča
vizualizacijo in obdelavo pridobljenih podatkov.
Slika 3. Shema NMR spektrometra.
2. MAGNETNO SENČENJE JEDER IN KEMIJSKI PREMIK
Poglejmo si nekaj lastnosti NMR eksperimenta, ki jih s pridom izkoriščamo za lažje določanje
strukture. Vsa atomska jedra molekule obdajajo različno gosti oblaki elektronov. Elektronska
gostota okrog posameznega atoma je odvisna od polarizacije posameznih vezi in lokalne
molekularne strukture. Elektroni so tudi delci s svojim lastnim spinom in se zato odzivajo na
zunanje magnetno polje, ki ga apliciramo med NMR eksperimentom. V tem polju se orientirajo,
podobno kot atomska jedra, večinoma nasproti zunanjemu polju in ga tako zmanjšajo. Pravimo
tudi, da elektronski oblak senči jedra pred zunanjim magnetnim poljem, kot to shematsko
prikazuje Slika 4. Čim večja je elektronska gostota okrog atomskega jedra, tem močnejše je
senčenje.
Lokalna struktura torej vpliva na to, kakšno magnetno polje čuti posamezno atomsko jedro in
zato ima vsako jedro v specifičnem okolju nekoliko drugačno resonančno frekvenco, pri kateri
absorbira dano RF energijo. Na primeru metanola (Slika 4) lahko vidimo, da je vodik hidroksilne
skupine manj zasenčen zaradi polarizacije OH vezi in zato absorbira energijo pri nižjem
magnetnem polju. Vsi trije metilni CH3 protoni so bolj zasenčeni, saj imajo okrog sebe večjo
gostoto elektronov in zato absorbirajo pri višjem magnetnem polju. To se odraža tudi v različnih
resonančnih frekvencah obeh različnih tipov protonov (magnetno aktivnih jeder) v dobljenem
NMR spektru.
Pri senčenju je razlika v resonančnih frekvencah jeder v različnih okoljih relativno majhna. Zato
za lažjo predstavo uvedemo pojem kemijskega premika (ang. chemical shift), ki je resonančna
frekvenca magnetnega jedra, podana glede na resonančno frekvenco standarda, ki je navadno
TMS (tetrametilsilan) v enotah deli na milijon oz. ppm (ang. parts per million). S tako
60
