2.2.33 Nukleární magnetická rezonanční spektrometrie

Nukleární magnetická rezonanční (NMR) spektrometrie je založena na skutečnosti, že atomová jádra jako ¹H, ¹³C, ¹⁹F, ³¹P mají permanentní nukleární magnetický moment. Při vložení do vnějšího magnetického pole (hlavní pole) nabývají určitých, přesně deimovaných orientací vzhledem ke směru tohoto pole, což odpovídá jednotlivým energetickým hladinám. Při dané intenzitě magnetické indukce dochází k přechodům mezi sousedními energetickými hladinami vlivem absorpce elektromagnetického záření charakteristických vlnových délek odpovídajících radiovým kmitočtům.

Tyto kmitočty lze určit bud' postupným hledáním rezonančních podmínek (CW [continuouswave] spektrometrie), nebo současnou excitací všech přechodů multifrekvenčním impulzem a následnou počítačovou analýzou vyhasínání volné indukce, při kterém se excitovaný systém vrací do základního stavu (pulzní spektrometrie).

Spektrum protonové magnetické rezonance se jeví jako soubor signálů, které odpovídají protonům a jsou charakteristické pro jejich nuldeární a elektronové olcoli v molekule. Rozdíl mezi daným signálem a signálem referenční látky se nazývá chemický posun (d) a vyjadřuje se v ppm (parts per million). Charakterizuje druh protonu v závislosti na elektronovém okolí. Signály jsou často rozštěpeny do skupin vzájemně souvisejících píků nazývaných dublety, triplety, ... multiplety. Toto štěpení je způsobeno přítomností permanentních magnetických polí vytvářených sousedními jádry, zvláště protonů oddělených dvěma až pěti chemickými vazbami. Intenzita každého signálu se určí z plochy pod příslušným signálem a je úměrná počtu ekvivalentních protonů.

Přístroj. NMR-spektrometr pro CW-spektrometrii se skládá z magnetu, nízkofrekvenčního generátoru pro posun pole, držáku vzorku, radiofrekvenčního vysílače a přijímače, zapisovače a elektronického integrátoru. Pulzní spektrometr je dále vybaven pulzním vysílačem a počítačem pro sběr, uložení a matematickou transformaci dat na běžné spektrum.

Používá se NMR-spektrometr s kmitočtem minimálně 60 MHz pro ¹H. Pokud není předepsáno jinak, je třeba dodržovat instrukce výrobce přístroje. Před záznamem spektra je třeba ověřit, že:

1. Rozlišení je 0,5 Hz nebo méně při měření šířkky píku v polovině výšky při použití přiměřeného rozsahu stupnice pro tyto píky:
   • buď pík při d 7,33 ppm nebo při d 7,51 ppm symetrického multipletu u 20% roztoku (V/V) dichlorbenzenu R v deuterovaném acetonu R
   • nebo pík při d 0,00 ppm pro 5% roztok (V/V) tetramethylsilanu R v deuterovaném chloroformu R,
2. Poměr signálu k šumu (S/N) měřený v rozmezí od d 2 ppm do d 5 ppm ve spektru 1 % roztoku ethylbenzenu R v deuterizovaném chloroformu R (V/V) je minimálně 25 : 1. Tento poměr se vypočte jako průměr z pěti stanovení podle vztahu:
   

   S/N = 2,5	A
   	H

   
   V němž značí:
   A - amplitudu v mm největšího píku methylenového kvartetu ethylbenzenu při d 2,65 ppm, amplituda se měří od základní čáry procházející středem šumu na každé straně tohoto kvartetu a ve vzdálenosti minimálně 1 ppm od jeho středu,
   H - mezivrcholovou amplitudu šumu základní čáry změřenou v mm mezi d 4 ppm a d 5 ppm;
3. Amplituda postranních rotačních pásů není větší než 2 % amplitudy píku vzorku v kyvetě rotující rychlostí běžnou pro daný spektrometr;
4. Pro kvantitativní měření se ověří reprodukovatelnost integrátoru za použití 5% roztoku ethylbenzenu R v deuterizovaném chloroformu R (V/V). Provede se pět po sobě jdoucích stanovení protonů fenylových a ethylových skupin a vypočtou se průměrné hodnoty, žádná z jednotlivých hodnot se nemá lišit od průměru o více než 2,5 %.

Postup měření. Zkoumaná látka se rozpustí podle předpisu a roztok se zfiltruje. Roztok musí být čirý. Použije se vnitřní standard, kterým je obvykle roztok obsahující 0,5 % až 1 % tetramethylsilanu R (TMS) v deuterovaném organickém rozpouštědle (V/V) nebo roztok tetradeuteriotrimethylsilylpropionanu sodného R 5 g/l až 10 g/l v oxidu deuteria R. Vezme se potřebné množství a zaznamená se spektrum.

CW-spektrometrie

Spektrometr se seřídí tak, aby pracoval pokud možno v čistě absorpčním modu a přitom nedošlo k saturaci signálů. Dále se nastaví tak, aby nejintenzivnější pík ve spektru zkoušené látky obsáhl téměř celý rozsah stupnice zapisovače a aby signál vnitřního standardu odpovídal chemickému posunu d 0,00 ppm. Zaznamená se spektrum v požadovaném rozsahu, není-li uvedeno jinak, při rychlosti záznamu, která by neměla přesáhnout 2 Hz/s. Zaznamená se integrované spektrum ve stejném rozsahu a při vhodné rychlosti záznamu podle použitého přístroje. Kvantitativní měření se provede podle příslušného předpisu.

Pulzní spektrometrie

Akviziční parametry spektrometru (pulzní sklápěcí úhel, amplituda a délka pulzu, interval mezi pulzy, spektrální šířka, rozlišení a rychlost snímání) se nastaví podle instrukcí výrobce a shromáždí se nezbytný počet signálů vyhasínání volné indukce. Po matematické transformaci dat počítačem se nastaví fáze tak, aby se získalo pokud možno čisté absorpční spektrum, a provede se kalibrace spektra vzhledem k rezonanční frekvenci odpovídající chemickému posunu vnitřního standardu. Spektrum uložené v počítači se zaznamená na vhodném výstupním zařízení a pro kvantitativní měření se provede integrace podle vybavení přístroje.