Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, yaygın bilinen adıyla NMR spektroskopisi, atom çekirdeğinin belirli manyetik özelliklerini kullanan bir araştırma tekniğidir. İçerisindeki atomların ya da moleküllerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler. NMR spektroskopisi nükleer manyetik rezonans olgusuna dayanmaktadır ve içerisindeki atomun ya da molekülün yapısı, dinamiği, reaksiyon durumu ve molekülün kimyasal çevresi hakkında detaylandırılmış bilgi sağlar. Molekül içerisindeki bir atomun atom içi manyetik alanı, rezonans frekansını değiştirdiği için molekülün elektronik yapısının detaylarına erişimi sağlar.
Spin sahibi çekirdek içeren her türlü örneğe uygulanabilir olmasına rağmen en yaygın olarak NMR spektroskopisi kimyagerler ve Biyokimyacılar tarafından organik moleküllerin özelliklerini araştırmak için kullanılır. Tek boyutta proton ya da karbon-13 NMR spektroslopisiden, proteinler ya da nükleik asitlere kadar her türlü uygun örnek 3 ya da 4 boyut teknikleri kullanılarak analiz edilebilir. NMR spektroskopisi örneklerin geniş bilgi kapasitesi, katı ve çözelti içeren çeşitli örnekleri kullanabilmesinden dolayı bilimler üzerinde önemli etkiye sahiptir.
NMR spektroskopisi, iyi çözülmüş, analitik izlenebilir ve genellikle son derece küçük moleküller için öngörülebilir ve nadirdir. Bu nedenle, organik kimya da NMR analizi bir madde kimliğini doğrulamak için kullanılır. Farklı Fonksiyonel gruplar açıkça ayırd edilebilir ve aynı fonksiyonel gruplar ile ayrı komşu gruplar hala ayırt edici sinyaller verir. NMR büyük ölçüde geleneksel ıslak kimyada renk belirteçlerini tanımlamakta kullanılır. Bir dezavantajı bu nispeten büyük miktarda, 2–50 mg, o yeniden elde etmek, ancak saf bir madde gereklidir. Tercihen, NMR analizi katı bir özel MAS makine gerektirir ve eşit derecede iyi çözülmüş spektra vermeyebilir çünkü örnek bir çözücü içinde çözünmüş. NMR zaman ölçeği nispeten uzundur ve bu nedenle sadece ortalama spektrumlar için üretilmişlerdir, hızlı olayları gözlemlemek için uygun değildir. Çoğunlukla büyük miktarda yabancı maddeleri NMR spektrumu göstermesine rağmen, NMR doğal olarak çok hassas olmadığı için bu maddeleri tanımlamak için daha iyi teknikler vardır.
Korolasyon sepktrokopisi normal NMR' ın bir geliştirmesidir. ' da, emisyon tek bir frekans etrafında merkezlenir ve korolasyon rezonansları gözlenir. Bu durum gözlenmiş foksiyonel grupların komşu dallanmalarının belirlenmesine bu ise rezonansların tam olarak belirlenmesine olanak sağlar. Buna ilaveten daha komplex 3D ve 4D teknikler ve belirli rezonansları bastırmak ve/veya çoğaltmak amaçlı dizayn edinmiş bir yığın metot vardır. spektrometrisinde rezonansların rehatlaması gözlenir. NOE çekirdeklerin yakınlaşmasına bağlı olduğundan, her çekirdeğin NOE miktarının belirlenmesi molekülün üç boyutlu yapısının inşasına izin verir.
NMR Spektroskopisi pahalı olmasından ötürü genellikle üniversitelerde bulunmaktadır, özel şirketler de yaygın olarak kullanılmamaktadır. Modern NMR spektroskopiler oldukça güçlü, geniş ve pahalı sıvı helyum soğutmalı süper iletken mıknatısa sahiptir, çünkü içerisindeki maddenin çözünürlüğü manyetik alanın kuvvetine bağlıdır. Daha ucuz olan versiyonları, reaksiyon gözlemleme ve örnekleri hızlı tespit etmek için yeterli performansı sağlayan yerleşik mıknatıslar ve daha az çözünürlük kullanırlar. Hatta mevcuttur. NMR militesladan daha bir magnetik alanda gözlenebilir. Düşük çözünürlüklü NMR birbiriyle rahatça örtüşmesinden dolayı karışık yapıları çözmede problemlere neden olan daha geniş zirveler üretir. Yüksek güçte manyetik alan kullanımı zirvelerin temiz çözünürlüğü ile sonuçlanır ve endüstride standarttır.
Tarihçe
1940'ların sonu ve 1950'lerin başında birbirlerinden bağımsız olarak Harvard Üniversitesi'nden Purcell grubu ve Stanford Üniversitesi'nden Bloch grubu NMR spektroskopisini geliştirmişlerdir. Bu çalışmalarından dolayı Dr. Edward Mills Purcell ve Dr. Felix Bloch 1952 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaşmışlardır.
Temel NMR Teknikleri
Rezonant frekansı
Bir manyetik alanın içine yerleştirildiğinde NMR aktif çekirdekleri (1H ya da 13C gibi) elektromanyetik radyasyonu izotopun karakteristiğinin frekansında absorbe ederler. Bu yankılanma frekansı, emme enerjisi ve sinyallerin yoğunluğu manyetik alanın büyüklüğüyle orantılıdır. Örneğin 21 tesla manyetik alanı içerisinde protonlar 900 MHz ile yankılanırlar. Farklı çekirdek resonatlarının bu alan kuvvetinde manyetik momentlerine oranla farklı frekanslarda olsalar da 21T magnet genelde 900 MHz magnet olarak düşünülür.
Numune eldesi
Tipik olarak, bir NMR spektrometresi çok güçlü bir magnetin içinde dönen bir numune tutucudan, bir radyo frekansı vericisinden ve alıcısından ve sistemi kontrol eden eltronik birimlerden oluşur. Radyo frekansı alıcısında bir proba (bir anten takımı) sahiptir. Prob magnetin içine uzanır ve numunenin çevresini sarar. Bu ekipmanlara ek olarak tercihe bağlı olarak difüzyon ölçümleri için gradyan bobinler de diğer bileşenlere dahil olabilir. Numunenin döndürülmesi genellikle ortalama bir difüzyon hareketi eldesi için önem ifade eder. Fakat, bazı deneyler, eğer çözelti hareketi önemli bir değişken ise, numunenin sabitliğini gerektirebilir. Örneğin, difüzyon kat sayısı ölçümleri (difüzyon sıralı spektroskopi -diffusion ordered spectroscopy -DOSY) numune sabit tutularak yapılır ve akış hücreleri işlem akışının bilgisayarlı analizinde kullanılabilir.
Dötorlenmiş solusyonlar
Çözelti içindeki çoğu molekül çözücü molekülüdür ve hidrokarbonlar düzenli çözücülerin çoğunu içine alır, bundan dolayıdır ki NMR aktif protonlar içerirler. Sadece çözücüden gelen hidrojen atomlarının sinyallerinin belirlenmesini engellemek için protonların %99 dan fazlası deuterium (hidrojen-2) ile değiştirildiğinde dötorlenmiş çözücüler kullanılır. En yaygın kullanılan dötorlenmiş çözücü deuterokloroform (CDCl3), olmasına karşın numunenin çözünürlüğüne göre diğer çözücülerden de faydalanılabilir. Deuterium oksit (D2O) ve dötorlenmiş DMSO (DMSO-d6), CDCl3 genellikle çalışmadığında tercih edilir. Gerek olduğunda başka dötorlenmiş çözücülerde kullanılabilir. Bir molekülün kimyasal kaymaları çözücüler arası az değişir ve kullanılan çözücü sıklıkla kimyasal kayma ile beraber not edilir. NMR spektrası sıklıkla, eklenmiş tetrametilsilan yerine, bilinen bir çözücü proton zirvesi ile kalibre edilir.
Layner ve kilit
NMR' dan kaynaklanan kükük frekans kaymalarını belirlemek için uygulanan manyetik alan numune hacmi bıyunca sabit olmalıdır. Yüksek çözünürlüklü NMR spektrometreleri birim alandaki magnetik alanın homojenliğini ayarlamak için laynerleri kullanır. Homojensizliği ve magnetik alandaki kaymayı belirlemek ve sorunu çözmek amaçlı spektrometre çözücü döteryum frekansı üzerine bir "kilit" uygular, bunu ayrı bir kilit birimi kullanarak yapar. Modern NMR spektrometrelerde laynerleme otomatik olarak ayarlanır ancak bazı durumlarda cihazı çalıştıran kimse layner parametrelerini, olarak en iyi mümküm çözünürlüğü elde etmek için, manuel olarak optimize etmek zorundadır.
Spektranın eldesi
Bir radyo frekansı (60–1000 MHz) darbesi ile numunenin heycanlanmasına bağlı olarak bir nükleer manyetik rezonans cevabı - bir serbest uyarım bozulması(-FID) elde edilir. Bu çok zayıf bir sinyaldir ve alınması için hassas rayo alıcısı gerekir. Ham zaman alan FID' den frekans alan spektrumu çıkartmak için uygulanır. Bir tek FID' den elde edilen bir spektrum düşük bir sinyal gürültü oranına sahiptir ama bu tekrarlanmış alımların ortalamasının alınması ile kolayca gelişir. İyi bir 1H NMR spetrası 16 tekrarla elde edilebilir. 16 tekrar sadece birkaç dakika sürer. Ancak hidrojenden ağır elementler için rahatlama süresi daha uzundur, 13C için 8 saniye. Bundan dolayı, ağır elementlerin kantitatif spektrası uzun zaman, onlarca dakikadan saatlerceye kadar, alabilir
Darbeyi takiben, çekirdekler, ortalama olarak, belirli bir açı ile spektrometre manyetik alanına karşı heyecanlanırlar. Heyecanlanmanın büyüklüğü darbe kalınlığı ile ölçülebilir. Genelde kalınlık optimal 90° darbe için 3-8 µs' dir. Darbe kalınlığı (işaretlenmiş) yoğunluğu bir darbe kalınlığı foksiyonu olarak çizerek belirlenebilir. Bu bir sinüs eğrisini takip eder ve buna nedenle 180 ° ve 360 ° darbelere karşılık gelen darbe kalınlıklarındaki işareti değiştirir.
Heyecanlanmanın bozulma zamanları genellikle saniyelerle ölçülür ve rahatlamanın etkililiğine göre değişir. Hafif çekirdekler ve katılarda bozulma daha hızlı olurken ağır çekirdekler ve çözeltilerde daha yavaştır ve gazlarda çok daha yavaş olabilir. Eğer rahatlama tamamlanmadan olgunlaşmamış ikinci heycanlanma darbesi gönderilirse ortalama manyetizasyon vektörü zemin hale bozulmaz. Bu durum ise sinyalin gücünü umulmadık bir şekilde etkiler. Pratikte, zirve bölgeleri stokiometriye oranlı değildir; foksiyonel grupların varlıkları tespit edilebilse de miktarları belirlenemez. Rahatlama süresini ve yani darbeleri arası ihtiyaç duyulan gecikmeyi belirlemek adına bir ters çevirme kurtarma deneyi gerçekleştirilebilir. Bir 180° darbe, ayarlanabilir bir gecikme ve bir de 90° darbe iletilir. 90° darbe tam olarak sinyali iptal ettiğinde, gecikme, 90 ° rahatlama için gereken süreye karşılık gelir. Ters çevirme kurtarması kantitatif 13C, 2D ve diğer zaman tüketen deneyler için zahmete değerdir.
Kimyasal kayma
Dönen bir yük dönmesiyle orantılı olarak manyetik momentum kazanır, bunun sonucunda manyetik bir alan oluşturur. Dışarıdan bir manyetik alanın varlığında iki spin durumu gerçekleşir (her bir nukleus için 1/2 spin): bir spin yukarı diğer spin aşağı yönlüdür, biri manyetik alanı beslerken diğeri ona zıt yönlüdür. Manyetik alanın gücü arttıkça bu iki spin arasındaki enerji farkı artar. Ancak, bu iki spin arasındaki fark çok küçüktür ve güçlü bir NMR mıknatısına (1-20T) ihtiyaç duyulur. Spesifik çekirdek serisinin tam spin hali enerjisi ile numune ışıması ilgili serinin düşük enerji halinden yüksek enerji haline geçişi ile heycanlanmasına sebep olur.
Manyetik alanın kuvveti tarafından oluşturulan iki spin arasındaki enerji farkı atom çekirdeklerinin manyetik momentumuyla orantılıdır. Bütün protonlar aynı manyetic momentuma sahip olsalar bile, aynı frekans değerinde resonant sinyaller vermezler. Bu fark atom çekirdeklerinin farklı elektronik çevrelerle etkileşiminden doğar. Harici manyetik alanın uygulanması üzerine, bu elektronlar alana tepki olarak hareket eder ve daha güçlü uygulanan alana karşı durmak için yerel manyetik alanlar oluşturur. Yani bu lokal alan protonları uygulanan manyetik alandan korur. Bu yüzden de rezonansın başarılması(rf enerjisinin emilmesi) için manyetik alanın yükselmesi şarttır. Bu artışlar çok küçüktür ve genellikle her milyon da ppm'dir. Örneğin bir ladehit protonu Ca'ya kaydırılırsa, hidrokarbonların zirvesine oranla 10ppm olur çünkü elektron çeken grup elektronun yoğunluğunu azaltır. 2.3487T ile 2.3488 T arasındaki fark yaklaşım 42ppm'dir.Hatta ve hatta spektrometre magnetik alanı kaydırarak işlemi gerçekleştirebileceğine karşın genelde NMR sinyalini belirtmek için bir frekans cetveli kullanılır. Yani 100 MHz referans frekansı(rf) için 42 ppm, 4200 Hz' tir.
Ancak konumu verilen farklı NMR sinyalleri dışarıdan etki eden manyetik alanın kuvvetine ve referans frekansına bağlıdır, bu sinyaller genellikle referans sinyal ile ilişkili olarak rapor edilir. Ek olarak, NMR sinyallerinin dağılımı alana bağlı olduğu için bu frekanslar spektrometre frekansı tarafından ayrılır. Ancak hertz megahertz tarafından bölündüğü için, sonuç çok küçük olur ve milyon ile çarpılır. Çıkan bu sonuç kimyasal kayma olarak adlandırılan bir yer belirleyici verir. Böyle küçük frekans farklılıkları tespit etmek için uygulanan manyetik alan örnek hacmi boyunca sabit olmalıdır. Yüksek çözünürlüklü NMR spektrometreleri birkaç santimetre küplük bir hacme milyar (ppb) başına parça manyetik alan homojenliği ayarlamak için ışık kullanılabilir. Genel olarak protonlar için kimyasal kayma tahmin edilebilir çünkü kaymalardaha önce basit perdeleme etkisi kullanılarak belirlenir ama ağır çekirdekler için kimyasal kaymalar daha güçlü başka faktörler tarafından etkilenir (paramanyetik vb.)
Paramanyetik NMR spektroskopisinde ölçümler paramanyetik numuneler üzerinde yapılmaktadır. Paramanyetizma çok farklı kimyasal kaymalar meydana getirir 1H NMR spektroskopisi olarak, kimyasal kayma aralığı 500 ppm'e kadar yayılabilir.
Moleküller oda sıcaklığında oldukları için üç metil proton NMR deneyi sırasında ortalaması hesaplanır. Bu protonlar dejenere olurlar ve aynı kimyasal kayma da bir zirve formu alırlar.
Bu zirvelerin şekli ve alanı indikatörlerin kimyasal yapısıyla aynıdır. Yukarıdaki ethanol'ün proton spektrumu örneğinde CH3 zirvesi OH zirvesinden üç kat daha fazla alana sahiptir. Benzer şekilde CH2 zirvesi OH zirvesinin iki katıdır ama CH3'ün 2/3 katıdır.
Yazılımlar optimal gevşeme koşullarında zirvelerin sinyal yoğunluğunu analiz etmeye izin verir. Sinyal yoğunluğunun analizi integral ile sağlanır. Analizci zirveyi integrallemek zorundadır onun yüksekliğini ölçemez çünkü zirve aynı zamanda bir genişliğe sahiptir. Zirvenin boyutu onun yüksekliğine değil alanına bağlıdır. Ancak bulunan diğer çekirdekler veya proton sayısı belirtilmelidir çünkü tek boyuttaki NMR deneylerinde yoğunlukla orantılıdır. Daha ayrıntılı deneylerde, örneğin, genellikle Karbon-13 NMR spektrumlarını almak için kullanılan deneyler de sinyallerin integrali çekirdeğinin gevşeme hızına, skaler ve dipolar eşleme sabitlerine bağlıdır. Çoğu zaman, bu faktörler iyi bilinmemektedir, bu nedenle NMR sinyalin integralinin daha karmaşık NMR deneylerinde yorumlanması zordur.
j-eşlenme
Multipletlik | Oranın yoğunluğu |
---|---|
Singlet (s) | 1 |
Doublet (d) | 1:1 |
Triplet (t) | 1:2:1 |
Quartet (q) | 1:3:3:1 |
Quintet | 1:4:6:4:1 |
Sextet | 1:5:10:10:5:1 |
Septet | 1:6:15:20:15:6:1 |
Tek boyutlu NMR spektrumunda yapı tayini için en yararlı bilgilerin bazıları J-eşlenme veya skaler bağlamadan gelen. Bu birleştirme bir molekülün kimyasal bağlarındaki farklı spin durumlarının etkileşiminden meydana gelir ve NMR sinyallerinin bölünmesinin sonucudur. Bu bölünme modelleri karmaşık ya da basit olabileceği gibi açıkça yorumlanabilecek şekilde veya aldatıcı da olabilir. Bu birleştirme, bir moleküldeki atomlarının içindeki bağlantı hakkında ayrıntılı fikir edinmenizi sağlar.
n eşdeğerliğin (spin ½) de birleşen çekirdekler yoğunluğu Pascal Üçgenin de bahsedildiği gibi olan sinyalleri n+1 çoklu yapısının içine böler. Ek spinlerin birleşmesi her bir çoklu yapının bileşenleri içinfazladan dönüşe izin verecektir; örneğin iki farklı spinde önemli derece de farklı eşleşme sabitine sahip çekirdeklerin birleşmesi dubletin dubletine izin verir. Kimyasal eş değerlikteki çekirdek çiftleri arasındaki birleşme NMR spektrası üzerinde hiçbir etkiye sahip değildir ve çiftler için çekirdekler arasındaki mesafe (genellikle protonlar hariç esnek moleküllerde bağlar üçten fazladır) gözlemlenebilir ayrışmadan dolayı çok küçüktür. Üçten fazla bağa sahip uzun menzil birleşmeleridaha kompleks ayrılmalara izin veren halkalı ve aromatik birleşenler halinde sıklıkla gözlenebilir.
Örneğin, proton spektrumun da, etanol için yukarıda tarif edilen CH3 grubu komşusu CH2 protonları tarafından 1:2:1: yoğunluk oranıyla bölünmüştür. Benzer şekil de Similarly, CH2 komşusu CH3 protonları tarafından 1:3:3:1 yoğunluk oranıyla bölünmüştür. Prensip olarak CH2 protonları hidroksil protonları tarafından dörtlü dublet formu oluşturmak için tekrar dublet olarak bölünmüşlerdir fakat hidroksil asidin moleküler içi proton değişim bilgi kaybıyla sonuçlanmaktadır.
Bağ sabiti çok farklı olabilmesine rağmen, Fosfor-31 ya da Flor-19 gibi herhangi bir yarı spinli atom çekirdeği çalışabilir. Ama ayırma modelleri yukarıda bahsedilen çekirdekler için 1/2'den büyüktür çünkü kuantum spin numarası ikiden fazla değere sahiptir. Örneğin ağır hidrojen (spin 1 çekirdek) çiftlerinde sinyaller 1:1:1 üçlüsü şeklinde bçlünür çünkü bu spin 1 3 spin durumuna sahiptir. Benzer şekilde spin 3/2 çekirdekler sinyalleri 1:1:1:1 dörlüsünün içine bölerler.
Kimyasal kayma ile birleştirilmiş çiftler sadece çekirdeğin kimyasal çevresi hakkında değil molekülün içindeki NMR aktif çekirdeğinin komşularının sayısı hakkında da bize bilgi verir. Benzer noktalarda kimyasal kaymaya sahip çoklu zirveli daha kompleks spektralarda veya hidrojen farklı diğer çekirdeklerde eşlenme farklı çekirdekleri ayırmanın tek yoludur.
İkinci derece veya daha güçlü çiftleşme
Yukarı da bahsedilen varsayımlar da eşitsiz spinler arasındaki NMR frekanslarındaki fark ile karşılaştırıldığında eşleşme sabiti küçük. Eğer kayma ayrımı azalır ise ya da eşlenme uzunluğu artar ise çoklu yoğunluk modelleri ilk olarak bozulur ve daha kompleks, kolay analiz edilebilen hale gelir, özellikle ikiden fazla spinin varlığında. Zirvelerin altındaki alan sabit kalmasına rağmen bir çoklu yapının zivelerinin yoğunlaştırılması çoğu zaman arka plan gürültüsünün kaybolmasını sağlar. En yüksek NMR alanında ise bozulmalar genellikle azdır ve karakteristik bozulmalar alakalı zirveleri tespit etmeye yardım edebilir.
Kapsamı sınırlı olsa da bu modellerin bazıları, John Pople tarafından yayınlanan yöntemi ile analiz edilebilir
İkinci mertebeden etkileri çoklu yapılar arasındaki frekans farkının artmasıyla azalır, yüksek alanlı NMR spektralarında düşük frekans spektrasından ziyade daha az bazukluk gösterilir. Başlarda 60Mhz spektraları bozukluğa daha yatıkındı, şimdiler de 200Mhz veya üzeri aletler kullanılıyor.
Manyetik eşitsizlik
Eğer kimyasal eşkilteki spinler(simetri ile ilgili çekirdekler ve aynı NMR frekansına sahip) harici spinlerle farklı eşleşme ilişkilerine sahiplerse çok ince etkiler meydana gelebilir. Kimyasal eşitlikte ama benzer olmayan spinler manyetik eşitsizlik olarak adlandırılır.Örneğin, 1,2-diklorobenzenin 4 H grupları simetri tarafından kimyasal eşitlikteki iki parçaya ayrılır ancak çiftlerden birinin diğer spini oluşturan çift ile farklı eşleşmeleri vardır.Manyetik eşitsizlik sadece sayısal modelleme yöntemiyle analize izin veren aşırı kompleks spektralara izin verir. Esnek moleküller C-C bağlarının ilgili yapısal ortalama manyetik eşitsizliğindeki sorunları azaltarak, komşu karbonlar üzerinde protonların arasındaki bağları eşitlemek eğilimindedir. Bu tür etkiler, aromatik ve diğer esnek olmayan sistemlerin NMR spektrumları ve esnek olmayan sistemlerde daha sık görülür.
Döteryumlu çözücüler
Bir çözeltideki çekirdeklerin büyük çoğunluğu çözücüye ait olacaktır ve en düzenli çözücüler hidrokarbonlar ve NMR-reaktif protonları içerenlerdir. Bu yüzden, döteryum (hidrojen-2) %99'dan fazla yer almaktadır. Döteryumlanmış çözücü olarak döteryum oksit (D2O) ve döteryumlanmış DMSO (DMSO-d6) hidrofilik analizler için kullanılmasına rağmen en sık kullanılan döterokloroform (CDCI3) 'dir. NMR spektrumları genellikle yerine eklenen tetrametilsilanın bilinen çözücü kalıntı proton zirvesine karşı kalibre edilir.
Korelasyon spektroskopisi
Korelasyon Spektroskopisi iki boyutlu nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopi veya 2D-NMR türlerinden bir tanesidir. Bu NMR deney türü olarak bilinir. İki boyutlu NMR spektroskopileri; J-spektroskopisi, bozdurma spektroskopisi (EXSY), nükleer hauser etkisi spektroskopisi (NOESY), toplam korelasyon spektroskopisi (TOCSY) ve HSQC, HMQC ve HMBC gibi farklı çekirdekli korelasyon spektroskopisidir.İ ki boyutta NMR spektroskopisi bir molekük hakkında tek boyutta NMR spektrasında olduğundan daha fazla bilgi sağlar ve özellikle tek boyutta çalışmak için karmaşık olan moleküllerin molekül yapısına karar vermede daha kullanışlıdır. İlk iki boyutlu NMR deneyleri, COSY, 1971 yılında Libre de Bruxelles Üniversitesi'nde profesör olan Jean Jeener tarafınden önerilmiştir. 1976 yılında bu deneyin çalışmaları Walter P. Aue, Enrico Bartholdi ve Richard R. Ernst tarafından yayınlandı ve hayata geçirildi.
Katı hal nükleer manyetik rezonansı
Fiziksel şartlar çeşitli molekülleri çözelti içinde incelemeye ya da aynı anda aynı atom seviyesinde farklı spektroskopik teknikleri uygulamaya izin vermez. Kristaller, mikrokristal tozlar, jeller, yön bağımlı solüsyonlar gibi katı hal ortamında, iki kutuplu bağlanmalar ve yön bağımlı kimyasal kaymanın baskın hale gelen nükleerspin sistemleri vardır. Geleneksel NMR spektroskopisinde bu ek etkileşimler spektral çizgilerinin önemli miktarda genişlemesine neden olur. Çeşitli teknikler, en az13C spektrumları için, çözelti-hal NMR spektrumlarını karşılaştırılabilir, yüksek çözünürlüklü koşulların yaratılmasını sağlar.
Yüksek çözünürlüklü katı hal NMR spektroskopisi için iki önemli durum basit yönelimler tarafından muhtemel möleküler yönelimlerin sınırlandırılması ve basit spinler tarafından yön bağımlı nükleer manyetik etkileşimlerin azaltılmasıdır. Sistem 1/2 spinli çekirdekleri içerdiği zaman, sihirli açı etrafında hızla dönmek çok önemli bir metottur. Kısmi hizalama veya düşük hareketlilik örnekleri gibi bir dizi teknik, şu anda NMR spektroskopinde kullanılmaktadır.
Katı hal NMR etkilerinin meydana geldiği uygulamalar sıklıkla protein yapılarının incelenmesi, protein iplikçiklerinin veya tüm polimer yapılarının incelenmesidir. Sadece organik kimyada kimyasal analizi değil bitki yaprakları ve yakıt hücreleri gibi tuhaf uygulamaları da içermektedir. Örneğin, Rahmani ve ark. sıcaklık ve basıncın biselsi yapıların spontane birleşimi üzerindeki etkisini deuterium NMR spektroskopi kullanarak çalışmıştır.
Biyomoleküler NMR spektroskopisi
Proteinler
NMR spektroskopisi protein NMR spektroskopisinin alanındaki yenilik kadar, yapısal biyoloji için de önemli bir teknik alanı olmuştur. Bu araştırmaların ortak hedefi x-ışını kristalografisi ile proteinin yüksek çözünürlüklü 3 boyutlu yapısını elde etmektir. X-ışını kristalografisi aksine daha büyük yapılar çözülmüş olsa da, NMR spektroskopi, genellikle, 35 kDa'lık daha küçük proteinler ile sınırlıdır. NMR spektroskopisi, genellikle kısmen veya tamamen için yüksek çözünürlüklü bilgi edinmenin tek yoldur. Bu yöntem şu anda konformasyon aktivite ilişkisinin belirlenmesinde yaygın bir araçtır. Proteinler daha önce bahsedilen küçük onganik moleküllerden daha büyük değer sırasındadırlar fakat basit NMR teknikleri ve bazı NMR teorileri uygulanabilir. Küçük organik bileşik ile karşılaştırıldığında proteinin içinde daha fazla atom bulunduğundan, temel tek boyutlu spektrumlarıdışarıdan direkt gelen kabul edilemez hale gelmiş sinyallerle birlikte kalabalık hale gelir. Bu nedenle, (2, 3 ya da 4D) çok boyutlu deneyler bu sorunla başa çıkmak için geliştirilmiştir. Bu deneyleri basitleştirmek amaçlı, 13C ve 15N istopik olarak etiketlenmiş proteinler arzulanır. Çünkü doğada baskın olarak bulunan 12C izotopu NMR-aktif değildir ve doğada yaygın olarak bulunan 14N izotopunun nükleer kuadrupol momenti yüksek çözünür bilgiyi engeller. Proteinlerin yapı tayini için kullanılan en önemli yöntem molekülün içindeki atom çiftleri arasındaki mesafeleri ölçmek için kullanılan r. Daha sonra, elde edilen mesafeler problemi çözülerek molekülün bir 3D yapısını oluşturmak için kullanılır. Ayrıca NMR, bir proteinin farklı bölgelerinin yapısal esneklik ve dinamikliği hakkında bilgi edinmek için kullanılır.
Nükleik asitler
"", DNA ya da RNA gibi polinükleik asitlerin dinamikleri yapısı ve hakkında bilgi elde etmek için kullanılan NMR spektroskopisidir. 2003 yılı itibarıyla, bilinen tüm RNA yapılarının neredeyse yarısı NMR spektroskopisi ile tespit edilmiştir.
Nükleik asit ve protein NMR spektroskopisi benzerdir ancak farklılıklar bulunmaktadır. Nükleik asitler NMR spektroskopisinde incelenen hidrojen atomlarından çok küçük bir yüzde de sahiptir çünkü nükleik asid duble helezonlar sert ve kabaca doğrusaldırlar ve uzun menzil korelasyon oluşturmak için geri çekilmezler. 1H or proton NMR, 13C NMR, 15N NMR, and 31P NMR genellikle nukleik asitlerle birlikte tamamlanmış NMR tipleridir. İki boyutlu NMR yöntemleri genellikle korelasyon spektroskopisi (COSY) ve toplam koherens transferi spektroskopisi (TOCSY) gibi geçiş bağı nükleer bağlanmasını tespit etmek; nükleer Overhauser etkisi spektroskopisi (NOESY) gibi boşlukta bir birlerine çok yakın duran atom çekirdeklerinin bağlanmasını tespit edebilmek için kullanılır.
Spektrumdan alınan parametreler, başlıca NOESY çapraz zirveler ve birleşme sabitleri, glikosidik bağ açıları, iki düzlemli açıları ve şeker büzgü konformasyonları gibi bölgesel yapıların tespitinde kullanılabilir. Büyük ölçekli yapılar için, bu bölgesel parametreler diğer yapısal varsayımlarla birleştirilmek zorundadır çünkü proteinlerin aksine çift sarmal kendi içine değildir ve geriye çekilmez ve içinden geçtiği için hatalar eklenebilir. NMR ayrıca bükülmüş sarmallar, Watson-Crick basepairing olmayan ve koaksiyel istifleme gibi standart dışı geometrileri araştırmak için kullanışlıdır. Yalancı düğümler ve sap-ilmik gibi kompleks komformasyonlar edinmeye eğilim gösteren doğal RNA oligonükleotidlerinin doğal yapısını problamada özellikle kullanışlıdır. NMR aynı zamanda nükleik asit moleküllerinin diğer moleküllere(proteinler veya ilaçlar gibi) bağlanmasını,bağlanılan moleküle göre değişen kaymaya göre gözlemleyerek, problamakta da faydalıdır.
Karbonhidratlar
spektroskopisi karbonhidrat yapısı ve konformasyon ile ilgili soruları gidermektedir. The analysis of carbohydrates by 1H NMR ile karbonhidrat analizi foksiyonel gruplardaki kısıtlılıktan dolayı zorlayıcıdır. Bu durum 1H rezonanslarının NMR spektrumunda ince bantlar halinde birikmesi ile sonuçlanır. Diğer bir deyişle, spektral dağılım zayıf olur. Anomerik proton rezonansları anomerik karbonların iki oksijen taşıması yönüyle diğerlerinden ayrılır. Daha küçük karbonhidratlarda anomerik proton rezonansının dağılımı bütün bireysel karbonhidrat monomerlerinin spin sistemini incelemek amaçlı 1D TOCSY deneylerinin kullanımını kolaylaştırır.
Ayrıca bakınız
- Manyetik Rezonans Görüntüleme
- - Numune hazırlama üzerine bir kısım içerir
- Proteinlerin nükleer manyetik rezonans spektroskopisi
- Sıfır alan NMR
Kaynakça
- ^ Structural biology : practical NMR applications (PDF) (2nd bas.). Springer. s. 67. ISBN . 7 Aralık 2018 tarihinde kaynağından (PDF). Erişim tarihi: 7 Aralık 2018.
- ^ Paudler, William (1974). Nuclear Magnetic Resonance. Boston: Allyn and Bacon Chemistry Series. ss. 9-11.
- ^ Johnson Jr., C. S. (1999). "Diffusion ordered nuclear magnetic resonance spectroscopy: principles and applications". . 34 (3–4). ss. 203-256. doi:10.1016/S0079-6565(99)00003-5.
- ^ Neufeld, R.; Stalke, D. (2015). "Accurate Molecular Weight Determination of Small Molecules via DOSY-NMR by Using External Calibration Curves with Normalized Diffusion Coefficients". 6 (6). ss. 3354-3364. doi:10.1039/C5SC00670H. (PMC) 5656982 $2. (PMID) 29142693.
- ^ . nmr.chem.wsu.edu. 15 Mart 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Aralık 2018.
- ^ . www2.chemistry.msu.edu. 5 Aralık 2017 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Aralık 2018.
- ^ Parella, Teodor. . triton.iqfr.csic.es. 28 Nisan 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 14 Aralık 2018.
- ^ James Keeler.
- ^ Pople, J.A.; Bernstein, H. J.; Schneider, W. G. (1957).
- ^ Aue, W. P. and Bartholdi, E. and Ernst, R. R., Two‐dimensional spectroscopy.
- ^ Jeener, J., Jeener, Jean: Reminiscences about the Early Days of 2D NMR; John Wiley & Sons, Ltd: Encyclopedia of Magnetic Resonance (2007)
- ^ . 21 Nisan 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 22 Eylül 2014.
- ^ A. Rahmani, C. Knight, and M. R. Morrow. Response to hydrostatic pressure of bicellar dispersions containing anionic lipid: Pressure-induced interdigitation. 2013, 29 (44), pp 13481–13490, DOI:10.1021/la4035694
- ^ Addess, Kenneth J.; Feigon, Juli (1996).
- ^ Wemmer, David (2000).
İlave linkler
- James Keeler. "Understanding NMR Spectroscopy"1 Temmuz 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde . (reprinted at University of Cambridge). University of California, Irvine. Retrieved 2007-05-11.
- The Basics of NMR 21 Ocak 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde . - NMR teorisinin, ekipmanlarının ve tekniklerinin RIT Kimya Profesörü Dr. Joseph Hornak tarafından derlemesi
- GAMMA and PyGAMMA Libraries 3 Mart 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde . - GAMMA, C++ kütüphanesi ile yazılmış açık kaynak kodlu yazılımdır. Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi deneyleri simülasyonları için oluşturulmuştur. PyGAMMA GAMMA' nın etrafında bir phyton sargıdır.
- NMR dinamiği analizi yazılımı
- Vespa 5 Eylül 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde . - VeSPA (Versatile Simulation, Pulses and Analysis) 3 phyton uygulamasından oluşan bedava yazılım süitidir. Bu GUI temelli aletler Manyetik Rezonans (MR) spektral simülasyon, RF itme dizaynı ve MR verisinin spektral işleme ve analizi içindir.
Wikimedia Commons'ta Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır. |
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Nukleer manyetik rezonans spektroskopisi yaygin bilinen adiyla NMR spektroskopisi atom cekirdeginin belirli manyetik ozelliklerini kullanan bir arastirma teknigidir Icerisindeki atomlarin ya da molekullerin fiziksel ve kimyasal ozelliklerini belirler NMR spektroskopisi nukleer manyetik rezonans olgusuna dayanmaktadir ve icerisindeki atomun ya da molekulun yapisi dinamigi reaksiyon durumu ve molekulun kimyasal cevresi hakkinda detaylandirilmis bilgi saglar Molekul icerisindeki bir atomun atom ici manyetik alani rezonans frekansini degistirdigi icin molekulun elektronik yapisinin detaylarina erisimi saglar 21 1 Tesla magnetli 900 MHz bir NMR aleti HWB NMR de Birmingham UK Spin sahibi cekirdek iceren her turlu ornege uygulanabilir olmasina ragmen en yaygin olarak NMR spektroskopisi kimyagerler ve Biyokimyacilar tarafindan organik molekullerin ozelliklerini arastirmak icin kullanilir Tek boyutta proton ya da karbon 13 NMR spektroslopisiden proteinler ya da nukleik asitlere kadar her turlu uygun ornek 3 ya da 4 boyut teknikleri kullanilarak analiz edilebilir NMR spektroskopisi orneklerin genis bilgi kapasitesi kati ve cozelti iceren cesitli ornekleri kullanabilmesinden dolayi bilimler uzerinde onemli etkiye sahiptir NMR spektroskopisi iyi cozulmus analitik izlenebilir ve genellikle son derece kucuk molekuller icin ongorulebilir ve nadirdir Bu nedenle organik kimya da NMR analizi bir madde kimligini dogrulamak icin kullanilir Farkli Fonksiyonel gruplar acikca ayird edilebilir ve ayni fonksiyonel gruplar ile ayri komsu gruplar hala ayirt edici sinyaller verir NMR buyuk olcude geleneksel islak kimyada renk belirteclerini tanimlamakta kullanilir Bir dezavantaji bu nispeten buyuk miktarda 2 50 mg o yeniden elde etmek ancak saf bir madde gereklidir Tercihen NMR analizi kati bir ozel MAS makine gerektirir ve esit derecede iyi cozulmus spektra vermeyebilir cunku ornek bir cozucu icinde cozunmus NMR zaman olcegi nispeten uzundur ve bu nedenle sadece ortalama spektrumlar icin uretilmislerdir hizli olaylari gozlemlemek icin uygun degildir Cogunlukla buyuk miktarda yabanci maddeleri NMR spektrumu gostermesine ragmen NMR dogal olarak cok hassas olmadigi icin bu maddeleri tanimlamak icin daha iyi teknikler vardir Korolasyon sepktrokopisi normal NMR in bir gelistirmesidir da emisyon tek bir frekans etrafinda merkezlenir ve korolasyon rezonanslari gozlenir Bu durum gozlenmis foksiyonel gruplarin komsu dallanmalarinin belirlenmesine bu ise rezonanslarin tam olarak belirlenmesine olanak saglar Buna ilaveten daha komplex 3D ve 4D teknikler ve belirli rezonanslari bastirmak ve veya cogaltmak amacli dizayn edinmis bir yigin metot vardir spektrometrisinde rezonanslarin rehatlamasi gozlenir NOE cekirdeklerin yakinlasmasina bagli oldugundan her cekirdegin NOE miktarinin belirlenmesi molekulun uc boyutlu yapisinin insasina izin verir Radyasyon kalkani vakum kafesi sivi nitrojen kanali sivi helyum kanal ve kriyojenik ayar laynerlerin yapisini gosteren NMR kesiti NMR Spektroskopisi pahali olmasindan oturu genellikle universitelerde bulunmaktadir ozel sirketler de yaygin olarak kullanilmamaktadir Modern NMR spektroskopiler oldukca guclu genis ve pahali sivi helyum sogutmali super iletken miknatisa sahiptir cunku icerisindeki maddenin cozunurlugu manyetik alanin kuvvetine baglidir Daha ucuz olan versiyonlari reaksiyon gozlemleme ve ornekleri hizli tespit etmek icin yeterli performansi saglayan yerlesik miknatislar ve daha az cozunurluk kullanirlar Hatta mevcuttur NMR militesladan daha bir magnetik alanda gozlenebilir Dusuk cozunurluklu NMR birbiriyle rahatca ortusmesinden dolayi karisik yapilari cozmede problemlere neden olan daha genis zirveler uretir Yuksek gucte manyetik alan kullanimi zirvelerin temiz cozunurlugu ile sonuclanir ve endustride standarttir Tarihce1940 larin sonu ve 1950 lerin basinda birbirlerinden bagimsiz olarak Harvard Universitesi nden Purcell grubu ve Stanford Universitesi nden Bloch grubu NMR spektroskopisini gelistirmislerdir Bu calismalarindan dolayi Dr Edward Mills Purcell ve Dr Felix Bloch 1952 Nobel Fizik Odulu nu paylasmislardir Temel NMR TeknikleriInce duvarli bir tup olan NMR tubunde hazirlanmis NMR numunesiRezonant frekansi Bir manyetik alanin icine yerlestirildiginde NMR aktif cekirdekleri 1H ya da 13C gibi elektromanyetik radyasyonu izotopun karakteristiginin frekansinda absorbe ederler Bu yankilanma frekansi emme enerjisi ve sinyallerin yogunlugu manyetik alanin buyukluguyle orantilidir Ornegin 21 tesla manyetik alani icerisinde protonlar 900 MHz ile yankilanirlar Farkli cekirdek resonatlarinin bu alan kuvvetinde manyetik momentlerine oranla farkli frekanslarda olsalar da 21T magnet genelde 900 MHz magnet olarak dusunulur Numune eldesi Tipik olarak bir NMR spektrometresi cok guclu bir magnetin icinde donen bir numune tutucudan bir radyo frekansi vericisinden ve alicisindan ve sistemi kontrol eden eltronik birimlerden olusur Radyo frekansi alicisinda bir proba bir anten takimi sahiptir Prob magnetin icine uzanir ve numunenin cevresini sarar Bu ekipmanlara ek olarak tercihe bagli olarak difuzyon olcumleri icin gradyan bobinler de diger bilesenlere dahil olabilir Numunenin dondurulmesi genellikle ortalama bir difuzyon hareketi eldesi icin onem ifade eder Fakat bazi deneyler eger cozelti hareketi onemli bir degisken ise numunenin sabitligini gerektirebilir Ornegin difuzyon kat sayisi olcumleri difuzyon sirali spektroskopi diffusion ordered spectroscopy DOSY numune sabit tutularak yapilir ve akis hucreleri islem akisinin bilgisayarli analizinde kullanilabilir Dotorlenmis solusyonlar Cozelti icindeki cogu molekul cozucu molekuludur ve hidrokarbonlar duzenli cozuculerin cogunu icine alir bundan dolayidir ki NMR aktif protonlar icerirler Sadece cozucuden gelen hidrojen atomlarinin sinyallerinin belirlenmesini engellemek icin protonlarin 99 dan fazlasi deuterium hidrojen 2 ile degistirildiginde dotorlenmis cozuculer kullanilir En yaygin kullanilan dotorlenmis cozucu deuterokloroform CDCl3 olmasina karsin numunenin cozunurlugune gore diger cozuculerden de faydalanilabilir Deuterium oksit D2O ve dotorlenmis DMSO DMSO d6 CDCl3 genellikle calismadiginda tercih edilir Gerek oldugunda baska dotorlenmis cozuculerde kullanilabilir Bir molekulun kimyasal kaymalari cozuculer arasi az degisir ve kullanilan cozucu siklikla kimyasal kayma ile beraber not edilir NMR spektrasi siklikla eklenmis tetrametilsilan yerine bilinen bir cozucu proton zirvesi ile kalibre edilir Layner ve kilit NMR dan kaynaklanan kukuk frekans kaymalarini belirlemek icin uygulanan manyetik alan numune hacmi biyunca sabit olmalidir Yuksek cozunurluklu NMR spektrometreleri birim alandaki magnetik alanin homojenligini ayarlamak icin laynerleri kullanir Homojensizligi ve magnetik alandaki kaymayi belirlemek ve sorunu cozmek amacli spektrometre cozucu doteryum frekansi uzerine bir kilit uygular bunu ayri bir kilit birimi kullanarak yapar Modern NMR spektrometrelerde laynerleme otomatik olarak ayarlanir ancak bazi durumlarda cihazi calistiran kimse layner parametrelerini olarak en iyi mumkum cozunurlugu elde etmek icin manuel olarak optimize etmek zorundadir Spektranin eldesi Bir radyo frekansi 60 1000 MHz darbesi ile numunenin heycanlanmasina bagli olarak bir nukleer manyetik rezonans cevabi bir serbest uyarim bozulmasi FID elde edilir Bu cok zayif bir sinyaldir ve alinmasi icin hassas rayo alicisi gerekir Ham zaman alan FID den frekans alan spektrumu cikartmak icin uygulanir Bir tek FID den elde edilen bir spektrum dusuk bir sinyal gurultu oranina sahiptir ama bu tekrarlanmis alimlarin ortalamasinin alinmasi ile kolayca gelisir Iyi bir 1H NMR spetrasi 16 tekrarla elde edilebilir 16 tekrar sadece birkac dakika surer Ancak hidrojenden agir elementler icin rahatlama suresi daha uzundur 13C icin 8 saniye Bundan dolayi agir elementlerin kantitatif spektrasi uzun zaman onlarca dakikadan saatlerceye kadar alabilir Darbeyi takiben cekirdekler ortalama olarak belirli bir aci ile spektrometre manyetik alanina karsi heyecanlanirlar Heyecanlanmanin buyuklugu darbe kalinligi ile olculebilir Genelde kalinlik optimal 90 darbe icin 3 8 µs dir Darbe kalinligi isaretlenmis yogunlugu bir darbe kalinligi foksiyonu olarak cizerek belirlenebilir Bu bir sinus egrisini takip eder ve buna nedenle 180 ve 360 darbelere karsilik gelen darbe kalinliklarindaki isareti degistirir Heyecanlanmanin bozulma zamanlari genellikle saniyelerle olculur ve rahatlamanin etkililigine gore degisir Hafif cekirdekler ve katilarda bozulma daha hizli olurken agir cekirdekler ve cozeltilerde daha yavastir ve gazlarda cok daha yavas olabilir Eger rahatlama tamamlanmadan olgunlasmamis ikinci heycanlanma darbesi gonderilirse ortalama manyetizasyon vektoru zemin hale bozulmaz Bu durum ise sinyalin gucunu umulmadik bir sekilde etkiler Pratikte zirve bolgeleri stokiometriye oranli degildir foksiyonel gruplarin varliklari tespit edilebilse de miktarlari belirlenemez Rahatlama suresini ve yani darbeleri arasi ihtiyac duyulan gecikmeyi belirlemek adina bir ters cevirme kurtarma deneyi gerceklestirilebilir Bir 180 darbe ayarlanabilir bir gecikme ve bir de 90 darbe iletilir 90 darbe tam olarak sinyali iptal ettiginde gecikme 90 rahatlama icin gereken sureye karsilik gelir Ters cevirme kurtarmasi kantitatif 13C 2D ve diger zaman tuketen deneyler icin zahmete degerdir Kimyasal kayma Donen bir yuk donmesiyle orantili olarak manyetik momentum kazanir bunun sonucunda manyetik bir alan olusturur Disaridan bir manyetik alanin varliginda iki spin durumu gerceklesir her bir nukleus icin 1 2 spin bir spin yukari diger spin asagi yonludur biri manyetik alani beslerken digeri ona zit yonludur Manyetik alanin gucu arttikca bu iki spin arasindaki enerji farki artar Ancak bu iki spin arasindaki fark cok kucuktur ve guclu bir NMR miknatisina 1 20T ihtiyac duyulur Spesifik cekirdek serisinin tam spin hali enerjisi ile numune isimasi ilgili serinin dusuk enerji halinden yuksek enerji haline gecisi ile heycanlanmasina sebep olur Manyetik alanin kuvveti tarafindan olusturulan iki spin arasindaki enerji farki atom cekirdeklerinin manyetik momentumuyla orantilidir Butun protonlar ayni manyetic momentuma sahip olsalar bile ayni frekans degerinde resonant sinyaller vermezler Bu fark atom cekirdeklerinin farkli elektronik cevrelerle etkilesiminden dogar Harici manyetik alanin uygulanmasi uzerine bu elektronlar alana tepki olarak hareket eder ve daha guclu uygulanan alana karsi durmak icin yerel manyetik alanlar olusturur Yani bu lokal alan protonlari uygulanan manyetik alandan korur Bu yuzden de rezonansin basarilmasi rf enerjisinin emilmesi icin manyetik alanin yukselmesi sarttir Bu artislar cok kucuktur ve genellikle her milyon da ppm dir Ornegin bir ladehit protonu Ca ya kaydirilirsa hidrokarbonlarin zirvesine oranla 10ppm olur cunku elektron ceken grup elektronun yogunlugunu azaltir 2 3487T ile 2 3488 T arasindaki fark yaklasim 42ppm dir Hatta ve hatta spektrometre magnetik alani kaydirarak islemi gerceklestirebilecegine karsin genelde NMR sinyalini belirtmek icin bir frekans cetveli kullanilir Yani 100 MHz referans frekansi rf icin 42 ppm 4200 Hz tir Ancak konumu verilen farkli NMR sinyalleri disaridan etki eden manyetik alanin kuvvetine ve referans frekansina baglidir bu sinyaller genellikle referans sinyal ile iliskili olarak rapor edilir Ek olarak NMR sinyallerinin dagilimi alana bagli oldugu icin bu frekanslar spektrometre frekansi tarafindan ayrilir Ancak hertz megahertz tarafindan bolundugu icin sonuc cok kucuk olur ve milyon ile carpilir Cikan bu sonuc kimyasal kayma olarak adlandirilan bir yer belirleyici verir Boyle kucuk frekans farkliliklari tespit etmek icin uygulanan manyetik alan ornek hacmi boyunca sabit olmalidir Yuksek cozunurluklu NMR spektrometreleri birkac santimetre kupluk bir hacme milyar ppb basina parca manyetik alan homojenligi ayarlamak icin isik kullanilabilir Genel olarak protonlar icin kimyasal kayma tahmin edilebilir cunku kaymalardaha once basit perdeleme etkisi kullanilarak belirlenir ama agir cekirdekler icin kimyasal kaymalar daha guclu baska faktorler tarafindan etkilenir paramanyetik vb Kimyasal kayma ornegi Hexaboron un B6H10 zirvesinin frekansta kaymasi gosterilmistir Molekul yapisi hakkinda bize ipuclari verir Paramanyetik NMR spektroskopisinde olcumler paramanyetik numuneler uzerinde yapilmaktadir Paramanyetizma cok farkli kimyasal kaymalar meydana getirir 1H NMR spektroskopisi olarak kimyasal kayma araligi 500 ppm e kadar yayilabilir Molekuller oda sicakliginda olduklari icin uc metil proton NMR deneyi sirasinda ortalamasi hesaplanir Bu protonlar dejenere olurlar ve ayni kimyasal kayma da bir zirve formu alirlar Bu zirvelerin sekli ve alani indikatorlerin kimyasal yapisiyla aynidir Yukaridaki ethanol un proton spektrumu orneginde CH3 zirvesi OH zirvesinden uc kat daha fazla alana sahiptir Benzer sekilde CH2 zirvesi OH zirvesinin iki katidir ama CH3 un 2 3 katidir Yazilimlar optimal gevseme kosullarinda zirvelerin sinyal yogunlugunu analiz etmeye izin verir Sinyal yogunlugunun analizi integral ile saglanir Analizci zirveyi integrallemek zorundadir onun yuksekligini olcemez cunku zirve ayni zamanda bir genislige sahiptir Zirvenin boyutu onun yuksekligine degil alanina baglidir Ancak bulunan diger cekirdekler veya proton sayisi belirtilmelidir cunku tek boyuttaki NMR deneylerinde yogunlukla orantilidir Daha ayrintili deneylerde ornegin genellikle Karbon 13 NMR spektrumlarini almak icin kullanilan deneyler de sinyallerin integrali cekirdeginin gevseme hizina skaler ve dipolar esleme sabitlerine baglidir Cogu zaman bu faktorler iyi bilinmemektedir bu nedenle NMR sinyalin integralinin daha karmasik NMR deneylerinde yorumlanmasi zordur j eslenme Multipletlik Oranin yogunluguSinglet s 1Doublet d 1 1Triplet t 1 2 1Quartet q 1 3 3 1Quintet 1 4 6 4 1Sextet 1 5 10 10 5 1Septet 1 6 15 20 15 6 11H NMR spektrum ornegi 1 boyutlu Ethanolun sinyal yogunluguna karsi kimyasal kaymasi grafigi cizilmistir NMR icin ethanolde 3 farkli H atomu vardir Hidroksil grubunda yer alan hidrojen atomu diger hidrojen atomlari ile es olmadigindan onu bir singlet olarak goruruz Ama CH3 ve CH2 gruplarinin icindeki hidrojenler ayni gruptaki hidrojenlere es oldugundan mesela CH3 grubunun icindeki 3 hidrojen de birbirine estir sirasi ile bir kuartet ve bir triplet gozlemlenir Tek boyutlu NMR spektrumunda yapi tayini icin en yararli bilgilerin bazilari J eslenme veya skaler baglamadan gelen Bu birlestirme bir molekulun kimyasal baglarindaki farkli spin durumlarinin etkilesiminden meydana gelir ve NMR sinyallerinin bolunmesinin sonucudur Bu bolunme modelleri karmasik ya da basit olabilecegi gibi acikca yorumlanabilecek sekilde veya aldatici da olabilir Bu birlestirme bir molekuldeki atomlarinin icindeki baglanti hakkinda ayrintili fikir edinmenizi saglar n esdegerligin spin de birlesen cekirdekler yogunlugu Pascal Ucgenin de bahsedildigi gibi olan sinyalleri n 1 coklu yapisinin icine boler Ek spinlerin birlesmesi her bir coklu yapinin bilesenleri icinfazladan donuse izin verecektir ornegin iki farkli spinde onemli derece de farkli eslesme sabitine sahip cekirdeklerin birlesmesi dubletin dubletine izin verir Kimyasal es degerlikteki cekirdek ciftleri arasindaki birlesme NMR spektrasi uzerinde hicbir etkiye sahip degildir ve ciftler icin cekirdekler arasindaki mesafe genellikle protonlar haric esnek molekullerde baglar ucten fazladir gozlemlenebilir ayrismadan dolayi cok kucuktur Ucten fazla baga sahip uzun menzil birlesmeleridaha kompleks ayrilmalara izin veren halkali ve aromatik birlesenler halinde siklikla gozlenebilir Ornegin proton spektrumun da etanol icin yukarida tarif edilen CH3 grubu komsusu CH2 protonlari tarafindan 1 2 1 yogunluk oraniyla bolunmustur Benzer sekil de Similarly CH2 komsusu CH3 protonlari tarafindan 1 3 3 1 yogunluk oraniyla bolunmustur Prensip olarak CH2 protonlari hidroksil protonlari tarafindan dortlu dublet formu olusturmak icin tekrar dublet olarak bolunmuslerdir fakat hidroksil asidin molekuler ici proton degisim bilgi kaybiyla sonuclanmaktadir Bag sabiti cok farkli olabilmesine ragmen Fosfor 31 ya da Flor 19 gibi herhangi bir yari spinli atom cekirdegi calisabilir Ama ayirma modelleri yukarida bahsedilen cekirdekler icin 1 2 den buyuktur cunku kuantum spin numarasi ikiden fazla degere sahiptir Ornegin agir hidrojen spin 1 cekirdek ciftlerinde sinyaller 1 1 1 uclusu seklinde bclunur cunku bu spin 1 3 spin durumuna sahiptir Benzer sekilde spin 3 2 cekirdekler sinyalleri 1 1 1 1 dorlusunun icine bolerler Kimyasal kayma ile birlestirilmis ciftler sadece cekirdegin kimyasal cevresi hakkinda degil molekulun icindeki NMR aktif cekirdeginin komsularinin sayisi hakkinda da bize bilgi verir Benzer noktalarda kimyasal kaymaya sahip coklu zirveli daha kompleks spektralarda veya hidrojen farkli diger cekirdeklerde eslenme farkli cekirdekleri ayirmanin tek yoludur Metanolun 1H NMR spektrumu kimyasal kayma x ekseninde ppm ye ekseninde ifade edilmistir Manyetik olarak es olmayan her proton karakterisitik bir kaymaya sahiptir ve diger protonlarla eslendiginde zirveler multipletler halinde yariklara sahip olur Ornegin zirve a bir protona e komsudur ve dublet halinde gozukur Ikinci derece veya daha guclu ciftlesme Yukari da bahsedilen varsayimlar da esitsiz spinler arasindaki NMR frekanslarindaki fark ile karsilastirildiginda eslesme sabiti kucuk Eger kayma ayrimi azalir ise ya da eslenme uzunlugu artar ise coklu yogunluk modelleri ilk olarak bozulur ve daha kompleks kolay analiz edilebilen hale gelir ozellikle ikiden fazla spinin varliginda Zirvelerin altindaki alan sabit kalmasina ragmen bir coklu yapinin zivelerinin yogunlastirilmasi cogu zaman arka plan gurultusunun kaybolmasini saglar En yuksek NMR alaninda ise bozulmalar genellikle azdir ve karakteristik bozulmalar alakali zirveleri tespit etmeye yardim edebilir Kapsami sinirli olsa da bu modellerin bazilari John Pople tarafindan yayinlanan yontemi ile analiz edilebilir Ikinci mertebeden etkileri coklu yapilar arasindaki frekans farkinin artmasiyla azalir yuksek alanli NMR spektralarinda dusuk frekans spektrasindan ziyade daha az bazukluk gosterilir Baslarda 60Mhz spektralari bozukluga daha yatikindi simdiler de 200Mhz veya uzeri aletler kullaniliyor Manyetik esitsizlik Eger kimyasal eskilteki spinler simetri ile ilgili cekirdekler ve ayni NMR frekansina sahip harici spinlerle farkli eslesme iliskilerine sahiplerse cok ince etkiler meydana gelebilir Kimyasal esitlikte ama benzer olmayan spinler manyetik esitsizlik olarak adlandirilir Ornegin 1 2 diklorobenzenin 4 H gruplari simetri tarafindan kimyasal esitlikteki iki parcaya ayrilir ancak ciftlerden birinin diger spini olusturan cift ile farkli eslesmeleri vardir Manyetik esitsizlik sadece sayisal modelleme yontemiyle analize izin veren asiri kompleks spektralara izin verir Esnek molekuller C C baglarinin ilgili yapisal ortalama manyetik esitsizligindeki sorunlari azaltarak komsu karbonlar uzerinde protonlarin arasindaki baglari esitlemek egilimindedir Bu tur etkiler aromatik ve diger esnek olmayan sistemlerin NMR spektrumlari ve esnek olmayan sistemlerde daha sik gorulur Doteryumlu cozuculer Bir cozeltideki cekirdeklerin buyuk cogunlugu cozucuye ait olacaktir ve en duzenli cozuculer hidrokarbonlar ve NMR reaktif protonlari icerenlerdir Bu yuzden doteryum hidrojen 2 99 dan fazla yer almaktadir Doteryumlanmis cozucu olarak doteryum oksit D2O ve doteryumlanmis DMSO DMSO d6 hidrofilik analizler icin kullanilmasina ragmen en sik kullanilan doterokloroform CDCI3 dir NMR spektrumlari genellikle yerine eklenen tetrametilsilanin bilinen cozucu kalinti proton zirvesine karsi kalibre edilir Korelasyon spektroskopisiKorelasyon Spektroskopisi iki boyutlu nukleer manyetik rezonans NMR spektroskopi veya 2D NMR turlerinden bir tanesidir Bu NMR deney turu olarak bilinir Iki boyutlu NMR spektroskopileri J spektroskopisi bozdurma spektroskopisi EXSY nukleer hauser etkisi spektroskopisi NOESY toplam korelasyon spektroskopisi TOCSY ve HSQC HMQC ve HMBC gibi farkli cekirdekli korelasyon spektroskopisidir I ki boyutta NMR spektroskopisi bir molekuk hakkinda tek boyutta NMR spektrasinda oldugundan daha fazla bilgi saglar ve ozellikle tek boyutta calismak icin karmasik olan molekullerin molekul yapisina karar vermede daha kullanislidir Ilk iki boyutlu NMR deneyleri COSY 1971 yilinda Libre de Bruxelles Universitesi nde profesor olan Jean Jeener tarafinden onerilmistir 1976 yilinda bu deneyin calismalari Walter P Aue Enrico Bartholdi ve Richard R Ernst tarafindan yayinlandi ve hayata gecirildi Kati hal nukleer manyetik rezonansi Kanada Ulusal Katilar icin Ultrayuksek Alan NMR Tesisi ndeki kati hal 900 MHz 21 1 T NMR spektrometresi Fiziksel sartlar cesitli molekulleri cozelti icinde incelemeye ya da ayni anda ayni atom seviyesinde farkli spektroskopik teknikleri uygulamaya izin vermez Kristaller mikrokristal tozlar jeller yon bagimli solusyonlar gibi kati hal ortaminda iki kutuplu baglanmalar ve yon bagimli kimyasal kaymanin baskin hale gelen nukleerspin sistemleri vardir Geleneksel NMR spektroskopisinde bu ek etkilesimler spektral cizgilerinin onemli miktarda genislemesine neden olur Cesitli teknikler en az13C spektrumlari icin cozelti hal NMR spektrumlarini karsilastirilabilir yuksek cozunurluklu kosullarin yaratilmasini saglar Yuksek cozunurluklu kati hal NMR spektroskopisi icin iki onemli durum basit yonelimler tarafindan muhtemel molekuler yonelimlerin sinirlandirilmasi ve basit spinler tarafindan yon bagimli nukleer manyetik etkilesimlerin azaltilmasidir Sistem 1 2 spinli cekirdekleri icerdigi zaman sihirli aci etrafinda hizla donmek cok onemli bir metottur Kismi hizalama veya dusuk hareketlilik ornekleri gibi bir dizi teknik su anda NMR spektroskopinde kullanilmaktadir Kati hal NMR etkilerinin meydana geldigi uygulamalar siklikla protein yapilarinin incelenmesi protein iplikciklerinin veya tum polimer yapilarinin incelenmesidir Sadece organik kimyada kimyasal analizi degil bitki yapraklari ve yakit hucreleri gibi tuhaf uygulamalari da icermektedir Ornegin Rahmani ve ark sicaklik ve basincin biselsi yapilarin spontane birlesimi uzerindeki etkisini deuterium NMR spektroskopi kullanarak calismistir Biyomolekuler NMR spektroskopisiProteinler NMR spektroskopisi protein NMR spektroskopisinin alanindaki yenilik kadar yapisal biyoloji icin de onemli bir teknik alani olmustur Bu arastirmalarin ortak hedefi x isini kristalografisi ile proteinin yuksek cozunurluklu 3 boyutlu yapisini elde etmektir X isini kristalografisi aksine daha buyuk yapilar cozulmus olsa da NMR spektroskopi genellikle 35 kDa lik daha kucuk proteinler ile sinirlidir NMR spektroskopisi genellikle kismen veya tamamen icin yuksek cozunurluklu bilgi edinmenin tek yoldur Bu yontem su anda konformasyon aktivite iliskisinin belirlenmesinde yaygin bir aractir Proteinler daha once bahsedilen kucuk onganik molekullerden daha buyuk deger sirasindadirlar fakat basit NMR teknikleri ve bazi NMR teorileri uygulanabilir Kucuk organik bilesik ile karsilastirildiginda proteinin icinde daha fazla atom bulundugundan temel tek boyutlu spektrumlaridisaridan direkt gelen kabul edilemez hale gelmis sinyallerle birlikte kalabalik hale gelir Bu nedenle 2 3 ya da 4D cok boyutlu deneyler bu sorunla basa cikmak icin gelistirilmistir Bu deneyleri basitlestirmek amacli 13C ve 15N istopik olarak etiketlenmis proteinler arzulanir Cunku dogada baskin olarak bulunan 12C izotopu NMR aktif degildir ve dogada yaygin olarak bulunan 14N izotopunun nukleer kuadrupol momenti yuksek cozunur bilgiyi engeller Proteinlerin yapi tayini icin kullanilan en onemli yontem molekulun icindeki atom ciftleri arasindaki mesafeleri olcmek icin kullanilan r Daha sonra elde edilen mesafeler problemi cozulerek molekulun bir 3D yapisini olusturmak icin kullanilir Ayrica NMR bir proteinin farkli bolgelerinin yapisal esneklik ve dinamikligi hakkinda bilgi edinmek icin kullanilir Nukleik asitler DNA ya da RNA gibi polinukleik asitlerin dinamikleri yapisi ve hakkinda bilgi elde etmek icin kullanilan NMR spektroskopisidir 2003 yili itibariyla bilinen tum RNA yapilarinin neredeyse yarisi NMR spektroskopisi ile tespit edilmistir Nukleik asit ve protein NMR spektroskopisi benzerdir ancak farkliliklar bulunmaktadir Nukleik asitler NMR spektroskopisinde incelenen hidrojen atomlarindan cok kucuk bir yuzde de sahiptir cunku nukleik asid duble helezonlar sert ve kabaca dogrusaldirlar ve uzun menzil korelasyon olusturmak icin geri cekilmezler 1H or proton NMR 13C NMR 15N NMR and 31P NMR genellikle nukleik asitlerle birlikte tamamlanmis NMR tipleridir Iki boyutlu NMR yontemleri genellikle korelasyon spektroskopisi COSY ve toplam koherens transferi spektroskopisi TOCSY gibi gecis bagi nukleer baglanmasini tespit etmek nukleer Overhauser etkisi spektroskopisi NOESY gibi boslukta bir birlerine cok yakin duran atom cekirdeklerinin baglanmasini tespit edebilmek icin kullanilir Spektrumdan alinan parametreler baslica NOESY capraz zirveler ve birlesme sabitleri glikosidik bag acilari iki duzlemli acilari ve seker buzgu konformasyonlari gibi bolgesel yapilarin tespitinde kullanilabilir Buyuk olcekli yapilar icin bu bolgesel parametreler diger yapisal varsayimlarla birlestirilmek zorundadir cunku proteinlerin aksine cift sarmal kendi icine degildir ve geriye cekilmez ve icinden gectigi icin hatalar eklenebilir NMR ayrica bukulmus sarmallar Watson Crick basepairing olmayan ve koaksiyel istifleme gibi standart disi geometrileri arastirmak icin kullanislidir Yalanci dugumler ve sap ilmik gibi kompleks komformasyonlar edinmeye egilim gosteren dogal RNA oligonukleotidlerinin dogal yapisini problamada ozellikle kullanislidir NMR ayni zamanda nukleik asit molekullerinin diger molekullere proteinler veya ilaclar gibi baglanmasini baglanilan molekule gore degisen kaymaya gore gozlemleyerek problamakta da faydalidir Karbonhidratlar spektroskopisi karbonhidrat yapisi ve konformasyon ile ilgili sorulari gidermektedir The analysis of carbohydrates by 1H NMR ile karbonhidrat analizi foksiyonel gruplardaki kisitliliktan dolayi zorlayicidir Bu durum 1H rezonanslarinin NMR spektrumunda ince bantlar halinde birikmesi ile sonuclanir Diger bir deyisle spektral dagilim zayif olur Anomerik proton rezonanslari anomerik karbonlarin iki oksijen tasimasi yonuyle digerlerinden ayrilir Daha kucuk karbonhidratlarda anomerik proton rezonansinin dagilimi butun bireysel karbonhidrat monomerlerinin spin sistemini incelemek amacli 1D TOCSY deneylerinin kullanimini kolaylastirir Ayrica bakinizManyetik Rezonans Goruntuleme Numune hazirlama uzerine bir kisim icerir Proteinlerin nukleer manyetik rezonans spektroskopisi Sifir alan NMRKaynakca Structural biology practical NMR applications PDF 2nd bas Springer s 67 ISBN 978 1 4614 3964 6 7 Aralik 2018 tarihinde kaynagindan PDF Erisim tarihi 7 Aralik 2018 Paudler William 1974 Nuclear Magnetic Resonance Boston Allyn and Bacon Chemistry Series ss 9 11 Johnson Jr C S 1999 Diffusion ordered nuclear magnetic resonance spectroscopy principles and applications 34 3 4 ss 203 256 doi 10 1016 S0079 6565 99 00003 5 Neufeld R Stalke D 2015 Accurate Molecular Weight Determination of Small Molecules via DOSY NMR by Using External Calibration Curves with Normalized Diffusion Coefficients 6 6 ss 3354 3364 doi 10 1039 C5SC00670H PMC 5656982 2 PMID 29142693 nmr chem wsu edu 15 Mart 2018 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 12 Aralik 2018 www2 chemistry msu edu 5 Aralik 2017 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 12 Aralik 2018 Parella Teodor triton iqfr csic es 28 Nisan 2018 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 14 Aralik 2018 James Keeler Pople J A Bernstein H J Schneider W G 1957 Aue W P and Bartholdi E and Ernst R R Two dimensional spectroscopy Jeener J Jeener Jean Reminiscences about the Early Days of 2D NMR John Wiley amp Sons Ltd Encyclopedia of Magnetic Resonance 2007 21 Nisan 2018 tarihinde kaynagindan arsivlendi Erisim tarihi 22 Eylul 2014 A Rahmani C Knight and M R Morrow Response to hydrostatic pressure of bicellar dispersions containing anionic lipid Pressure induced interdigitation 2013 29 44 pp 13481 13490 DOI 10 1021 la4035694 Addess Kenneth J Feigon Juli 1996 Wemmer David 2000 Ilave linklerJames Keeler Understanding NMR Spectroscopy 1 Temmuz 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde reprinted at University of Cambridge University of California Irvine Retrieved 2007 05 11 The Basics of NMR 21 Ocak 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde NMR teorisinin ekipmanlarinin ve tekniklerinin RIT Kimya Profesoru Dr Joseph Hornak tarafindan derlemesi GAMMA and PyGAMMA Libraries 3 Mart 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde GAMMA C kutuphanesi ile yazilmis acik kaynak kodlu yazilimdir Nukleer manyetik rezonans spektroskopisi deneyleri simulasyonlari icin olusturulmustur PyGAMMA GAMMA nin etrafinda bir phyton sargidir NMR dinamigi analizi yazilimi Vespa 5 Eylul 2015 tarihinde Wayback Machine sitesinde VeSPA Versatile Simulation Pulses and Analysis 3 phyton uygulamasindan olusan bedava yazilim suitidir Bu GUI temelli aletler Manyetik Rezonans MR spektral simulasyon RF itme dizayni ve MR verisinin spektral isleme ve analizi icindir Wikimedia Commons ta Nukleer manyetik rezonans spektroskopisi ile ilgili ortam dosyalari bulunmaktadir