Secuencias de pulsos 1D

Transcripción

1 Secuencias de pulsos 1D Ahora tenemos muchas de las herramientas necesarias para analiar secuencias de pulsos. La mas simple, la secuencia usada para obtener un espectro 1D comun, nos sirve para hacer algunas definiciones de notacion: Vectores: M o 90 pulso M adquisicion Diagrama: Dependiendo de la direccion del pulso, usamos 90 or 90 (o 90 φ si queremos otras fases) para indicar la direccion relativa del campo B 1 con respeco a M o en el sistema rotatorio. El periodo de adquisicion siempre se representa como una FID para el nucleo en observacion (el triangulo naranja). n

2 Inversion recover - Medida de T 1 Medir T 1 es importante, a que la relajacion de distintos nucleos en una molecula nos da informacion acerca de la mobilidad local. No se puede medir directamente de la FID porque el T 1 afecta magnetiacion que no detectamos. Usamos la secuencia de pulsos siguiente: 180 (o ) 90 Si analiamos despues del pulso π: 180 (o ) Como estamos dejando que la señal decaiga por tiempos distintos solo bajo el efecto de relajacion longitudinal (T 1 ), vamos a ver como distintos s afectan a la intensidad de la FID, por ende a la intensidad de la señal despues de la TF.

3 Inversion recover (continuado) = 0 90 TF > 0 90 TF >> 0 90 TF Segun al intervalo que usemos veremos señales cua intensidad varia dependiendo del tiempo de relajacion T 1 del nucleo (pico) que estemos mirando.

4 Inversion recover ( ) N N a 40 o C Graficando intensidad contra tiempo nos da la siguiente curva: intensidad ( ) I(t) = I * ( 1-2 * e - t / T 1 ) tiempo Es una eponencial con constante de decaimiento igual a T 1. Tambien sirve para eliminar señales dependiendo de su T 1 (agua ).

5 Ecos de espin En principio, para medir T 2 solo tenemos que calcular la envoltura de la FID (o el ancho de pico), a que la señal en M, en teoria, dacae solo debido a la relajacion transversal. El problema es que el decaimiento que vemos en M no se debe solo a relajacion, pero tambien a inhomogeneidades de B o (el defasado de la señal). La constante de decaimiento que vemos en la FID se llama T 2 *. Para medir T 2 correctamente usamos ecos de espin. La secuencia de pulsos es la siguiente: (o ) Los ecos de espin deben ser de las primeras secuencias de pulsos inventadas, aun antes de que eistiera la TF. A pesar de lo simple que son, los ecos de espin se usan como un bloque en secuencias de pulsos mas complejas para reenfocar M.

6 Ecos de espin Hacemos el analisis despues del pulso de 90 : desfasado 180 (o ) reenfoque Ahora volvemos a coordenadas <>:

7 Ecos de espin (continuado) Si adquirimos la FID justito despues del eco, la intensidad de la señal despues de la TF esta afectada solo por relajacion T 2 no por desfasaje debido a un mal B o. Repetimos para diferentes s graficamos intensidaad contra 2 *. En este caso es un decaimiento simple, de alli obtenemos T 2. N N a 90 o C intensidad ( ) I(t) = I o * e - t / T 2 tiempo

8 Aplicaciones de secuencias de eco de espin Hasta ahora no dijimos como se comportan los corrimientos quimicos los acoples en los ecos de espin. Aca es que se empiea a ver lo importante que son. Una de las cosas mas molestas (a veces) de los espectros es corregir la fase. Porque aparece la fase? Ha que pensar en los efectos del corrimiento quimico en distintas componentes de M en un periodo de tiempo corto. Este periodo, que es llamado el acquisition dela (DE), lo necesitamos porque sino los restos del pulso de alta potencia nos dan un monton de artefactos en el espectro.... Lo que sucede debido a esto es que todos los espines tienen oportunidad de evolucionar bajo los efectos de corrimiento quimico, por lo tanto cuando prendemos el detector todos van a estar a estar a cierta fase con respecto a la portadora. Va a ser una mecla de señales absortivas/dispersivas

9 La fase del espectro Osea, la fase de las lineas va a ser una combinacion de señales absorptivas o reales (cosenos) dispersivas o imaginarias (senos) en la FID. Dependiendo de la frecuencia de las lineas, tendremos mas o menos componentes seno o coseno: S(ω) = Σ cosenos(ω) - espectro real S(ω) = Σ senos(ω) - espectro imaginario Lo que queremos es un espectro absortivo puro, lo que podemos hacer es combinar distintas proporciones de la señal real con la imaginaria obtenidas por el detector. La combinacion va a depender de la frecuencia del espectro: S(ω) = S(ω) + [ φ o + φ 1 (ω) ] * S(ω) A φ o se le llama la fase de orden cero, a φ 1 la fase de primer orden. La correccion se hace generalmente a mano. En algunos casos (nucleos con bajo γ) es imposible Ha un eperimento con ecos de espin que teoricamente nos deja eliminar estos efectos. Despues veremos que en realidad no sirve para mucho...

10 Ecos de espin corrimientos quimicos De vuelta a los ecos de espin. Despues del pulso de π / 2, los efectos sobre elementos de M con un offset respecto a la frecuencia de B 1 son similares a los que se ven para para una señal que se desfasa por inhomogeneidad de campo: φ ω eff Despues de un tiempo, la magnetiacion precesiona en el plano <> por ω eff * radianes (φ), donde ω eff = ω - ω o. Luego del puslo π el segundo, M precesiona la misma cantidad pero volviendo al eje. 180 φ ω eff Aparte de estar patas para arriba, no ha desfasaje de la señal si adquirimos la FID justito despues del segundo. En principio, esta secuencia nos da espectros absortivos puros

11 Ecos de espin acople heteronuclear A cosas mas interesantes/utiles. Vamos a considerar un 13 C acoplado a un 1 H: 13 C β C β H J (H) α C β H 1 H 1 H α C α H 13 C β C α H I Si miramos el espectro 13 C vemos un doblete a que ha acople con 1 H. Los 1 J CH s son de 50 a 250 H, complican el espectro, vemos señales superpuestas. Generalmente desacoplamos 1 H, lo que significa que saturamos las transiciones de 1 H. Las señales de 13 C ahora son singuletes: 13 C β C β H α C β H 1 H 1 H β C α H α C α H 13 C I

12 Ecos de espin acople heteronuclear ( ) Modificamos el eco de espin para incluir desacople: (o ) 13 C: 1 H: { 1 H} Ahora analiamos lo que esta secuencia de puslos hace con magnetiacion de 13 C en distintos casos. Primero consideramos un CH. Despues del pulso π / 2, M evoluciona bajo el efecto de acople J. Se dice que cada vector esta marcado por los estados de espin del 1 H con el cual esta acoplado, α β: - J / 2 (α) φ (β) Acordarse que bajo acople J tenemos φ = π * * J. J / 2

13 Ecos de espin acople heteronuclear ( ) Ahora aplicamos el puslo π, que invierte la magnetiacion, empeamos a desacoplar 1 H. Esto remueve las marcas de los dos vectores, en practica los frena. Se colapsan en en uno, las componentes con signo opuesto se cancelan: En este caso el segundo durante el desacople de 1 H esta para reenfocar el corrimiento quimico obtener buena fase Vemos que la señal va a variar en intensidad segun. Ahora, si tomamos espectros para distintos valores s graficamos la intensidad obtenemos algo asi para el CH: = 1 / 2J = 1 / J

14 Ecos de espin acople heteronuclear ( ) La intensidad de la señal varia con el coseno de, es cero para valores de multiplos de 1 / 2J, maima en multiplos de 1 / J. Si consideramos un CH 2, el analisis es similar, obtenemos la siguiente grafica de amplitudes contra : = 1 / 2J = 1 / J De forma similar, para un CH 3 tenemos: = 1 / 2J = 1 / J

15 Ecos de espin acople heteronuclear ( ) Ahora, si asumimos que todos los acoples 1 J CH son mas o menos iguales (verdad hasta cierto punto), usamos la secuencia de pulsos en la siguiente molecula con un igual a 1 / J, obtenemos: OH HO 1 6 1, ppm 2,3 5 7 El eperimento puede discriminar entre C, CH, CH 2, CH 3, e identificamos todos los tipos de carbono en la molecula. La secuencia se llama test de protones enlaados (o attached proton test, APT). Es de las primeras secuencias de pulosos usadas por quimicos en general. Remplaada por la secuencias INEPT DEPT que veremos mas adelante.

16 Ecos de espin acople homonuclear Aca veremos por que los ecos de espin no sirven para obtener un espectro de fase pura. El problema es que solo consideramos sistemas con espines no acoplados (singuletes) o sistemas con acople heteronuclear. Consideremos un 1 H acoplado a otro 1 H, que estamos eactamente en resonancia. Despues del pulso π / 2 de la secuencia de eco de espin, el periodo tenemos evolucion bajo los efectos del acople J. Cada vector va a estar marcado por el estado del otro 1 H con el que esta acoplado: J / 2 (α) (β) J / 2 El problema ahora es que el pulso π inverte las poblaciones de todos los protones de la muestra. Por lo tanto, invertimos las marcas del proton en consideracion.

17 Ecos de espin acople homonuclear ( ) El pulso π invierte los vectores las marcas: J / 2 J / 2 (α) (β) 180 (or ) (β) J / 2 (α) J / 2 En ve de reenfocar, los vectores se mueven en reversa, tenemos mas separacion de las lineas del multiplete durante el segundo periodo de evolucion. Si tomamos una FID, la señal va a ser completamente dispersiva (a pesar de que esto depende del largo de los periodos ): FID, TF

18 Ecos de espin acople homonuclear ( ) Ahora vemos porque no es tan util. Para diferentes valores de obtenemos las siguientes señales para un doblete acoplado con un triplete (los dos tienen la misma J ): A pesar de que no es mu util en un espectro de 1 H 1D, entender como funciona es crucial para entender la espectroscopia 2DJ. El fenomeno se conoce como modulacion J.

19 Pulsos binomiales Los pulsos binomiales son un ejemplo simple de trenes de pulsos que se pueden eplicar con vectores. Su uso mas tipico es para la eliminacion de picos de solvente (ver T 1 ). El mas simple es el pulso binomial 1:1, dos pulsos de π / 2 en direccion opuesta, separados por cierto intervalo t d, eactamente en resonancia con el pico a eliminar: El primer π / 2 en pone todo en <>. Despues de t d, las señales se mueven para un lado u otro de. Todas, menos la señal que nos interesa eliminar del espectro: M o 90

20 Pulsos binomiales (continuado) El segundo pulso π / 2 en - hace que todo lo que este en vuelva al eje. Esto inclue toda la señal correspondiente al pico a eliminar, las componentes de las otra señales: 90 - La FID resultante solo tiene señales que corresponden a picos que no estan en resonancia con la portadora. Todos estan en fase con el receptor, pero picos a cada lado de la portadora tienen signo opuesto: FID () TF Debido al t d, no solo los picos en resonancia se anulan, sino que todas las señales que esten a multiplos de 1 / (2*t d ) H (una señal con esa frecuencia da 0.5 vueltas en t d ).

21 Pulsos binomiales ( )( Como dije, se usan para eliminar el pico de agua, sobretodo en casos que otras secuencias perturben protones que intercambian con agua (NHs, OHs, etc.). ~ 50 mm de aucar en H 2 O/D 2 O (9 a 1). Espectro 1 H: Espectro 1 H con pulso 1:1 (t d = 200 µs):

22 Pulsos binomiales ( )( Para evitar el cambio de signo ha otros trenes binomiales, como por ejemplo el 1:3:3:1: 1 / / / / Igual dan artefactos. Ninguno de estos trenes de pulsos, o eperimentos que se valen de diferencias de T 1, dan resultados tan buenos como secuencias con gradientes, como por ejemplo el WEFT o WATERGATE. Para la misma muestra, esto es el 1 H con WEFT: