Espectroscopia 2DJ homonuclear - HOMO2DJ
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- Isabel Montoya Lara
- hace 6 años
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1 Espectroscopia 2DJ homonuclear - HOMO2DJ Las secuencias 2D que vimos hasta ahora son utiles para determinar conectividad en sistemas de espines. Ha muchas cosas mas que podemos etraer con eperimentos 2D en que tomamos ventaja de la dispersion de señales. Una de las peores cosas que nos puede pasar es tener una muestra llena de acoples con multiplicidad interesante pero donde todas las señales estan solapadas. Podemos solucionar este problema usando mas dimensiones. Esto es justamente para lo que usamos al HOMO2DJ. La idea es poner informacion sobre δ s en un eje sobre J s en el otro. La secuencia de pulsos es una variacion del eco de espin en la que el tiempo del eco aumenta progresivamente entre eperimentos: / 2 / 2 Lo analizamos para un triplete un doblete.
2 HOMO2DJ - Triplete Como la secuencia es un eco homonuclear, estamos reenfocando corrimientos quimicos qualquiera sea el teimpo. Para un triplete en resonancia con un acople J tenemos: 90 / / 2 Para distintos s, los diagramas al final van a ser distintos: 0 = 1 / 2J > 1 / 2J
3 HOMO2DJ - Triplete (continuado El pico central va a variar solo con la relajacion transversal (T 2. Los componentes chicos del triplete van a variar periodicamente en funcion de el acople J: A( = A o * cos( J * En este caso = 0 porque estamos en resonancia. - J + J En la dimension t 2 (f 2, la que corresponde con la FID real, todavia tenemos informacion de frecuencia (los corrimientos quimicos de los picos del multiplete. Si tratamos de armar una ecuacion con esto: A(, t 2 cos( J * * trig( * t 2 * trig( J * t 2
4 HOMO2DJ - Triplete ( ( Esto es todo el proceso con datos reales para un triplete. Primero los datos en f 2 : FIDs que obtenemos a lo largo de Ω - J, Ω, Ω + J en sus respectivas TFs: TF TF TF
5 HOMO2DJ - Triplete (mas Cosiderando a sea el stack-plot o la seudo-ecuacion, una tranformada de Fourier en t 2 nos da un espectro 2D con corrimientos quimicos en el eje f 2 acoples en el eje f 1 Como reenfocamos los corrimientos quimicos en el periodo, todos los picos en el eje f 1 estan centrados en 0 Hz: δ (f 2 J (f 1 - J 0 Hz + J - J + J Nuevamente, como la informacion en las dimensiones f 1 f 2 es distinta, el espectro 2D no es simetrico. Ahora es facil darse cuenta lo que le va a pasar a un doblete con un acople de J Hz en resonancia (o no
6 HOMO2DJ - Doblete Despues del pulso de 90 un cierto tiempo, los dos vectores van a estar desfasados + J / 2 * - J / 2 *. Para < 1 / 4J: 180 / 2 Para distintos s, vamos a ver una variacion en los dos picos en funcion del cos( J / 2 *. δ (f 2 Despues de la TF en t 2, el espectro 2D es el mismo, pero tenemos solo dos cross-peaks... J (f 1 - J / 2 0 Hz + J / 2 - J / 2 + J / 2
7 HOMO2DJ - Tilting Si ponemos al triplete al doblete juntos (a sea que esten acoplados o no obtenemos: J (f 1 0 Hz δ (f 2 t d Se ve claramente que ha informacion redundante en el eje f 2. Como los cross-peaks estan torcidos eactamente 45 grados, podemos rotarlos en la computadora alinearlos con los corrimientos quimicos. Esto se llama tilting. J (f 1 0 Hz δ (f 2 t d
8 HOMO2DJ - Muchas señales Si tenemos un espectro complicado vemos la ventaja. Para un 1 H-1D que tiene esta apariencia: Obtenemos un espectro HOMO2DJ que tiene todo resuelto en δ s en J s: J (f 1 δ (f 2 0 Hz Tenemos toda la informacion sobre corrimientos quimicos (δ en el eje f 2, toda la informacion sobre acoples (J en el eje f 1.
9 HOMO2DJ - Conclusion Otra ventaja es que si proectamos al espectro sobre el eje δ, obtenemos un espectro 1D 1 H desacoplado de 1 H: J δ 0 Hz Ademas, como tomamos entre 128 a 256 eperimentos en tenemos esa cantidad (mas zero-filling de puntos definiendo a las constantes J, cuos valores andan entre 1 20 Hz. Para 50 Hz 256 (+256 eperimentos en, nos da 0.09 Hz / punto. Podemos medir Js con mucha precision en f 1...
10 HOMO2DJ - Datos reales (II Estos son resultados para el etilcrotonato a 400 MHz... H O O Sin tilting... 2DJ 1D Con tilting... Notar la resolucion que tenemos en el multiplete a 5.7 ppm...
11 Espectroscopia 2DJ heteronuclear Podemos hacer una variacion de la secuencia de eco de espin para obtener el mismo tipo de informacion en un sistema heteronuclear? En el caso homonuclear vimos que para lograr esto lo unico que ha que hacer es modificar el periodo en el eco de espines entre eperimentos. Haciendo algo similar podemos separar corrimientos quimicos de 13 C constantes de acoplamiento heteronuclear (J CH. El eperimento se llama HETRO2DJ, la secuencia de pulsos involucra 1 H 13 C: C: / 2 / H: { 1 H} Baicamente la version 2D del APT...
12 Espectroscopia 2DJ heteronuclear (mas... Como para el HOMO2DJ, analizamos lo que le pasa a un doblete a un triplete (i.e., a un CH a un CH 2. Para un CH 2 : 90 / 2 α β El primer pulso de 90 grados pone todo en el plano <> donde los vectores se empiezan a mover en direccion opuesta (aca tambien lo hacemos en resonancia para simplificar el analisis. 180 ( 13 C α 180 ( 1 H β β α Despues de la mitad del eco de espin, aplicamos el pulso de 90 grados a los carbonos, que los invierte, el pulso de 180 a los protones, que como vimos a varias veces, invierte las marcas de los vectores de magnetizacion de 13 C.
13 Espectroscopia 2DJ heteronuclear ( mas / 2 β α { 1 H} Durante la segunda mitad del periodo del eco de espin, los vectores continuan desfasandose porque invertimos las marcas de los protones. Ahora, cuando prendamos el desacoplador todo se torna estatico, las componentes de la magnetizacion que quedaron en el eje se cancelan. Las componentes en el eje no estan afectadas, su intensidad va a variar periodicamente con el acople J CH. Para distintos s: 0 = 1 / 2J = 1 / J
14 Espectroscopia 2DJ heteronuclear (... mas Vemos que la señal central del triplete no esta afectada. En cambio, los otros dos picos van a tener una variacion periodica con el tiempo que depende de J CH. Si hacemos los numeros, vemos que la intensidad de lo que obtenemos en el dominio tiene una componente constante (el pico del medio, A lm mas una componente variable (las componentes de afuera del triplete, A la : A( = A lm + 2 * A la * cos( J * Acrodarse que A lm = 2 * A la = n / J = n / 2J En la dimension t 2 (f 2, la que corresponde con la FID real, todavia tenemos informacion de corrimientos quimicos (los de los carbonos desacoplados. Si tratamos de armar una seudo-ecuacion: A(, t 2 cos( J * * trig( * t 2
15 HETERO2DJ - Triplete Si consideramos el stack-plot o la seudo-equation, una transformada de Fourier en t 2 nos da un espectro 2D con corrimientos quimicos en el eje f 2 acoples en el eje f 1. Como reenfocamos corrimientos quimicos durante, todos los picos en el eje f 1 estan centrados en 0 Hz: δ (f 2 J (f 1 - J 0 Hz + J Si pensamos en las distintas componentes que tenemos en la seudo-ecuacion, tambien vemos que va a haber una componente constante (el pico central que nos va a dar una frecuencia de 0 en f 1 (el pico del medio, mas una señal que varia con cos( J CH *, que despues de la TF nos da cross-peaks a +J CH -J CH. A diferencia del HOMO2DJ enque teniamos informacion de J HH en las dos dimensiones, en este caso desacoplamos 1 H durante la adquisicion, osea que removemos acoples J CH del eje f 1.
16 HETERO2DJ - Doblete Podemos hacer el mismo analisis para un doblete (o un cuarteto, que daria casi lo mismo. α 90 / 2 β Despues del pulso de 90 el periodo / 2, los dos vectores se van a desfasar como hemos visto n-veces ( 13 C α 180 ( 1 H β β α Como vimos con el triplete, los dos pulsos de 180 van a invertir los vectores (el pulso en 13 C las marcas (el pulso en 1 H. Esto significa que los dos vectores se van a seguir desfasando durante el segundo periodo del eco ( / 2.
17 HETERO2DJ - Doblete (continuado / 2 β α { 1 H} Cuando prendemos el desacoplador de 1 H, las cosas quedan estaticas con respecto a los acoples. Esto es analogo a lo que vimos para el triplete Si mirasemos a la señal que vamos a tener para distintos valores de, obtenemos: 0 = 1 / J > 1 / J Ha que notar que en este caso el cero es a 1 / J porque los vectores se estan moviendo mas lento que para el triplete (i.e., se mueven a J / 2 * t en vez de a J * t...
18 HETERO2DJ - Doblete (mas... Mirando a las distintas rebanadas que nos dan despues de la TF en f 2, vemos algo asi: En este caso la señal va a alternar de positiva a negativa en todos los multiplos de 1 / J = n / 2J = n / J Luego de la segunda TF (en f 1, el 2D quedaria asi: δ (f 2 J (f 1 - J / 2 0 Hz + J / 2 Como para el triplete, no tenemos acoples en f 2 ( 13 C porque desacoplamos durante la adquisicion en t 2.
19 HETERO2DJ - Conclusion Los problemas de este eperimento son la relajacion, que con un DEPT obtenemos la misma informacion en mucho menos tiempo. H 3 C CH 3 Es mas didactico que otra cosa... H H 3 C O CH 2 CH Este espectro fue tomado con un Eft-90 a 22 MHz...
20 Separando la paja del trigo:* Una brevisima introduccion al ciclado de fases Generalmente, hasta la secuancia de pulsos mas simple (90-FID genera mas informacion de la que queremos. A pesar de que hasta ahora solo lidiamos con sistemas de espines ideales que dan señales buenas, en el mundo real ha muchas cosas que pueden aparecer en un espectro que en realidad no queriamos. Algunos ejemplos son: Imperfecciones en los tiempos de pulso. Muchas veces un pulso no es eactamente 90, no toda la magnetization en z termina en el plano <>: z z 90 φ < 90 z *Esto no es idea mia. Es una sugerencia de Ra Freeman...
21 Ciclado de fases (continuado Fases incorrectas en los pulsos. En vez de estar eactamente en <> o <>, el pulso va a tener un pequeño desfasaje φ: z z φ B 1 90 φ Imperfecciones en los periodos de tiempo. Artefactos de este tipo resultan en cancelacion (o maimizacion incompleta de señales en eperimentos de pulsos multiples como ser el eco de espin. Artefactos de ruido-blanco. Ruido de frecuencia continua, que genera un spike a la misma frecuencia todo el tiempo. Vibraciones. Si el iman vibra (frecuencias, la sonda ( probe vibra, eso lo vemos en el espectro... Todo esto va a dejar señales espureas en nuestro espectro 1D: Spikes, lineas de base onduladas, side-bands, etc. A medida que vamos a dimensiones mas altas, las cosas se tornan cada vez peor, de acuerdo con la Le de Murph, lo que queremos ver decae o se cancela lo que no queremos crece crece...
22 Ciclado de fases (mas... Digamos que tenems un artefacto a cierta frecuencia que esta alli aun sin un tubo en el iman (el pico verde... Puede originarse por una perdida de un circuito al receptor, a los amplificadores, al convertidor AD, etc. La maoria de las veces, la frecuencia va a ser la de la portadora (B 1. Vamos a analizar una secuencia 90-FID simple en la que pasa esto (la linea roja es el receptor : 90 FT (FID ω B1 Si repetimos tomamos otra FID, el artefacto va a seguir estando alli. Tambien va a sumar como todas las señales, como no es aleatorio, va a crecer a medida que tomeos mas FID s igual que una señal real. Ha algo bien facil que podemos hacer para eliminar este tipo de ruido del espectro. Esta basado en que podemos cambiar nuestro punto de vista de eperimento a eperimento, pero el artefacto no puede.
23 Ciclado de fases ( mas... A cambiar el punto de vista le llamamos ciclado de fase, e involucra avanzar la fase de los pulsos /o del receptor por una cantidad controlada entre los eperimentos. Para eliminar el artefacto, hacemos lo siguiente. Primero tomamos una FID con un pulso de 90 el receptor en el eje como en el caso anterior. Despues avanzamos la fase del pulso de 90 por 180 grados (90 -, movemos el receptor tambien por 180 grados al eje - (la linea roja : 90 - (FID - FT ω B1 Si ahora sumamos los dos espectros (o las FID s, el signo de la señal a ω B1 va a alternar entre escanes sucesivos se cancela despues de la suma: + = ω B1 ω B1 ω B1
24 Ciclado de fases (... mas En vez de dibujar todos los vectores ejes cada vez que nos referimos a un ciclo de fases, usamos notacion reducida. Al ciclo de fases anterior lo podemos escribir asi: Ciclo 1 2 Pulso (, (-, 3 Receptor 0 (, (-, 2 En este caso tenemos solo un pulso el receptor. En una secuencia de pulsos multiple o un 2D etendemos esto a todos los pulsos que sea necesario. A la secuencia anterior la podemos etender obtenemos el protocolo de ciclado de fase mas comun, llamado CYCLOPS, que es usado en deteccion por cuadratura, e involucra 4 ciclos en vez de 2 (tenemos dos receptores : Ciclo Pulso 90 Rcptr-1 Rcptr (, 0 0 (, 0 90 (, (, 1 90 (, (-, (-, (-, (-, (-, (-, 3 0 (, 0
25 Ciclado de fases (... mas Aca vemos el CYCLOPS en un eperimento de eco de espin (T 2 en 13 C. Lo etendemos a todos los pulsos: ;avance-version (GMB - 10/2004 ;T2 measurement using Hahn spin-echo ;with power gated decoupling #include <Avance.incl> "p2=p1*2" "d11=30m" "d12=20u" 1 ze 2 d12 pl13:f2 d1 cpd2:f2 d12 pl12:f2 p1 ph1 vd*0.5 p2 ph2 vd*0.5 go=2 ph31 d11 wr #0 if #0 ivd lo to 1 times td1 d11 do:f2 eit ph1= ph2= ph31= Escrito como columnas en vez de filas......
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