Ядерный магнитный резонанс. Важнейшие области применения спектроскопии

1. ЯДЕРНЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС

Ельцов Илья Владимирович
(слева)

2. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

Важнейшие области применения спектроскопии
ЯМР
Изучение строения и свойств органических и неорганических
соединений.
Изучение динамических свойств молекул (таутомерия, изомерия).
Исследование процессов (кинетика, термодинамика, титрование).
Определение структуры биомакромолекул
o Изучение белок-лигандных взаимодействий (ЯМР-скрининг
биологически активных соединений)
o Мониторинг состава биологических жидкостей
(метабономика)
Визуализация объектов живой и неживой природы (ЯМРтомография)
o Мониторинг процессов, происходящих в живом организме (invivo спектроскопия)
o Исследование функциональной активности мозга (f-MRI)
2

3. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

Важнейшие области применения спектроскопии
ЯМР
Структура высокого
разрешения в растворе для
комплекса
дигидрофолатредуктазы
(16 кДа) с триметопримом
и НАДФН
3

4. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

Важнейшие области применения спектроскопии
ЯМР
ЯМР – томография головного мозга
4

5. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

С чего же все началось?
ЗАВОЙСКИЙ Евгений Константинович (1907 - 1976)
1941 г. - впервые зарегистрировал сигнал ядерного магнитного
резонанса
1944 г. - открытие электронного парамагнитного резонанса
5

6.

Нобелевские лауреаты
Физика – 1944
Isidor Isaac Rabi, USA
Физика - 1952
Felix Bloch, USA
Edward Mills Purcell, USA
Химия - 1991
Richard R. Ernst, Switzerland
Химия - 2002
Kurt Wűthrich , Switzerland
За резонансный метод записи магнитных
свойств атомных ядер
За создание нового метода измерения
ядерной магнитной прецессии и
последующие связанные с ним открытия
За вклад в развитие методологии
спектроскопии ядерного магнитного
резонанса (ЯМР) высокого разрешения
За развитие методов спектроскопии
ядерного магнитного резонанса для
исследования трехмерной структуры
биологических макромолекул в растворе
Физиология и медицина 2003
Paul C. Lauterbur, USA
Sir Peter Mansfield, UK
За открытия в области визуализации биообъектов
6

7. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

С чего же все началось?
Сканирующая ЯМР-спектроскопия
Одни из первых спектрометров
ЯМР фирмы Bruker
Современный спектрометр ЯМР
на электромагните
7

8. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

Современный приборы. Топ-модели.
Магнит спектрометра
ЯМР на 1000 МГц
Магнит спектрометра
ЯМР на 900 МГц
Магнит спектрометра
ЯМР на 930 МГц
Bruker
Varian (Agilent)
Jeol
Германия
США
Япония
8

9. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

Современный приборы. Средний класс.
Фурье–ЯМР-спектрометр Bruker Avance III 500
Год запуска: 2009
9

10. ЯМР. Часть 1. Всякая всячина.

Физико-химические комплексы
Жидкостный хроматограф в комплексе с ЯМР-спектрометром
10

11. ЯМР. Часть 2. Устройство спектрометра.

11

12.

ЯМР. Часть 2.
Устройство спектрометра.
WINDA
синхронизация с компьютером
автосамплер
синтезатор
частот
АЦП
детектор
магнит
датчик
2H lock
образец
градиентный
блок
поле
шимы
T
компрессор
12

13.

ЯМР. Часть 2.
Устройство спектрометра.
Магнит
13

14.

ЯМР. Часть 2.
Устройство спектрометра.
Магнит
14

15.

ЯМР. Часть 2.
Устройство спектрометра.
Аксессуары
Робот для автоматической
смены ампул (автосамплер)
на 100 образцов.
Jeol
Реактор для исследования
процессов in situ
Jeol
15

16.

ЯМР. Часть 2.
Устройство спектрометра.
Датчик
Характеристики
- Диапазон частот (QNP, BB)
- Взаимное расположение катушек (BBI, BBO)
- Количество каналов
- Диаметр ампулы
- Дополнительные параметры
16

17.

ЯМР. Часть 2.
Устройство спектрометра.
Ампулы
Набор для пробоподготовки для
жидкостного датчика:
- дозаторы
- пипетка
- склянка с дейтерорастворителем
- ампулы 5 мм
- ампула 10 мм
- колпачки
Набор для пробоподготовки для
твердотельного датчика:
- воронка
- ампула
- крышка
-экстрактор
17

18.

ЯМР. Часть 3.
Пробоподготовка.
18

19.

ЯМР. Часть 3.
- Чистая ампула
- Объем раствора (15-17 мм)
Пробоподготовка.
- Однородный раствор
- Плотно надетый колпачок
19

20.

ЯМР. Часть 3.
Пробоподготовка.
Как не надо делать
катушка
катушка
20

21.

ЯМР. Часть 3.
Пробоподготовка.
Зачем нужен дейтерорастворитель?
Почему именно дейтерий?
Какой растворитель взять?
Растворитель
Т. кип.
°С
Т. пл.,
°С
Сигналы протонов, м. д.
Цена
руб/г
Хлороформ-D1
61,7
-114,5
7,25
11
Окись дейтерия (D2O)
101,42
-1,8
4,61
18
Диметилсульфоксид-D6
189
11,8
2,50
40
Ацетон-D6
56,2
-95,4
2,07
48
Ацетонитрил-Dз
81,6
-45,7
1,96
80
Бензол-D6
80,1
5,5
7,24
82
Метанол-D4
64,5
-126,6
3,34; 4,1
157
Хлористый метилен- D2
40
-95,1
5.34
210
Диметилформамид-D7
152
-35
2,79; 2,94; 7,90
322
Циклогексан-D12
80,7
1,42
443
Тетрагидрофуран-D8
67
1,6—2,0; 3,5-3,8
600
-1
21