Nukleární magnetická rezonance

Prezentace na téma: "Nukleární magnetická rezonance"— Transkript prezentace:

1 Nukleární magnetická rezonance
Sumární spin subatomárních částic (p,n,e) 0, ½, 1, 3/2, 2... Celkový spin I  2I + 1 orientací (dojde k rozštěpení v magnetickém poli) Počet jader v jednotlivých orientacích N1/N2 = exp (-DE/kT) U NMR = 0,99998

2 Nukleární magnetická rezonance
Magnetický moment rotujícího jádra m m = gIh/2p g gyromagnetický poměr Umístění rotujícího magnetu v elektrickém poli Frekvence rotace: no = g Bo Bo – indukce mg. pole

3 Nukleární magnetická rezonance
Rozdíl mezi dvěma energetickými hladinami DE = g h Bo = h no pokud působíme elm. polem o frekvenci n1 = n0 Dojde k rezonanci a přechodu na vyšší Hladinu no = g Bo Bo B1 M

4 Nukleární magnetická rezonance (B = 2,3 T)
Jádro I no (MHz) citlivost % zastoupení 1H 100 1 99,9 13C 25 0,016 15N 10 0,001 0,36 19F 94 0,8 31P 40 0,067 17O 5/2 13 0,003 0,04

5 Nukleární magnetická rezonance
Spin-mřížková relaxace Jádro v excitovaném stavu se zbavuje energie relaxací Relaxační čas (střední doba života jader v excitovaném stavu) – T = 10-1 – 102s

6 Nukleární magnetická rezonance
Stínění jádra – chemické posuny H H+ B = B0 – sB0 = 10 – s chemický posun (ppm)

7 Nukleární magnetická rezonance
Chemické posuny CH3 1 CH2 1,5 R2NH 0,5-2 RNH2 1,5 ArCH3 2,5 -C=CH 3 Ar-NH2 3,5 – 4,5 X-CH3 2,5 – 3,5 R-O-CH3 4 =C=CH2 5 ArH 7-8 RCOH 10 RCOOH

8 Nukleární magnetická rezonance
Multiplicita signálu – spin-spinová interakce Multiplicita = n+1 (x + 1)n

9 Nukleární magnetická rezonance

10 Nukleární magnetická rezonance
Přístrojové vybavení D B1 VF Bo

11 Nukleární magnetická rezonance
Supravodivý magnet 7 T

12 Nukleární magnetická rezonance
Vzorek – homogenizace pole

13 Nukleární magnetická rezonance
Volba přístroje Atomy: 1,89 2,00 2,08

14 Nukleární magnetická rezonance
Metoda continuous wave (CW) – konstantní frekvence – mění se Bo Energie VF záření Magnetické pole Absorpce Magnetické pole

15 Nukleární magnetická rezonance
Metoda continuous wave (CW) – konstantní Bo – mění se frekvence Energie VF záření Magnetické pole Absorpce Frekvence

16 Nukleární magnetická rezonance
Fourrierova transformace

17 Nukleární magnetická rezonance
Signal-to noise ratio Nízká a vysoká koncentrace Rozpouštědla – Deuterovaná Acetone CD3COCD3 Chloroform CDCl3 Methylnitrile CD3CN Water D2O Diethylether (DEE) (CD3CD2)2O Dimethyl Sulfoxide (DMSO) CD3SOCD3 Ethanol CD3CD2OD Atd.

18 Nukleární magnetická rezonance
Chemické posuny CH3 1 CH2 1,5 R2NH 0,5-2 RNH2 1,5 ArCH3 2,5 -C=CH 3 Ar-NH2 3,5 – 4,5 X-CH3 2,5 – 3,5 R-O-CH3 4 =C=CH2 5 ArH 7-8 RCOH 10 RCOOH

19 Nukleární magnetická rezonance

20 Nukleární magnetická rezonance

21 Nukleární magnetická rezonance
Spin-decoupling CH(CH2CH3)3 Decoupling přes –CH2- Decoupling přes –CH--

22 Nukleární magnetická rezonance- 13C
Carbon-13Chemical Shifts     Carbon-13* Environment Chemical Shift Range (ppm) CH3CH2 0-50 -C=C- 60-100 =C-X 70-170 C6H6 65 CHCl   CHCl (cis) 71 Ar CCl4 97 COOR 170 COH 210 RCOR 220

23 Nukleární magnetická rezonance- 13C
Spin-spinová interakce mezi 13C-1H Spektrum CH3I d

24 Nukleární magnetická rezonance- 13C
Spin-spinová interakce mezi 13C-1H Spektrum CH3I Interakce C – 3H d d Decoupling přes H

25 Nukleární magnetická rezonance-15N
Nitrogen-14 Chemical Shifts   Nitrogen-14* Environment Chemical Shift Range (ppm) NO2Na -355 NO3- (aqueous) -115 N2 (liquid) -101 pyridine -93 bare nucleus CH3CN 25 CH3CONH2 (aqueous) 152 NH4+ (aqueous) 245 NH3 (liquid) 266

26 Nukleární magnetická rezonance- 31P
Phosphorous-31 Chemical Shifts     Phosphorous-31 Environment Chemical Shift Range (ppm) PBr3 -228 (C2H5O)3 P -137 PF3 -97 85% phosphoric acid PCl5 80 PH3 238 P4 450

27 Nukleární magnetická rezonance- 31P

28 Nukleární magnetická rezonance- 31P

29 Nukleární magnetická rezonance- 31P
Měření intracelulárního pH Pomocí posunu signálu 31P

30 Nukleární magnetická rezonance- 31P
Měření koncentrace nukleotidů Pomocí 31P

31 Nukleární magnetická rezonance- 31P
Měření koncentrace nukleotidů Pomocí 31P IAA-iodacetát

32 Nukleární magnetická rezonance- 13C

33 Nukleární magnetická rezonance- 15N
Asimilace amoniaku sledovaná Pomocí 15N

34 EPR – elektronová spinová rezonance
Nepárový elektron Ms = +1/2 E DE Ms = -1/2 B Rezonanční pole B=0

35 EPR – elektronová spinová rezonance
DE = hn = gmBo Počet jader v jednotlivých orientacích N1/N2 = exp (-DE/kT) EPR = 0,989 DE rozdíl energií h is Planck constant n is frekvence mikrovln g faktor spin-orbitální interakce B magnetické pole Bo = 0,1 – 0,5 T; n = GHz

36 EPR – elektronová spinová rezonance
dI/dB I Bo Bo

37 EPR – elektronová spinová rezonance
Interakce s protony 1 proton I = ½ multiplicita = n + 1, intenzita píků (x + 1)n 1:2:1 1:3:3:1

38 EPR – elektronová spinová rezonance
Využití v biochemii Studium radikálů (peroxidy) Studium konformace – spinové značky - studium hemu

39 EPR – elektronová spinová rezonance

40 EPR – elektronová spinová rezonance
EPR spektrum NADH-UQ reduktasy signál UQ Signál 2Fe2S potlačen, Signál FMN radikálu interferuje

41 EPR – elektronová spinová rezonance
EPR spektrum ferredoxinu z mořské řasy (3Fe-4S)1+/0 Typický signál

42 EPR – elektronová spinová rezonance
EPR spektrum cyt bc1 – mutant M183K, M183H Fe3+ hem (3,78 = cyt bL 3,44, cyt bH, 2,94 bis-His cyt b nebo c1)

43 EPR – elektronová spinová rezonance
EPR spektrum oxidace radikálů LDL vyvolaných H2O2 Spektrum radikálu tokoferolu (A)