آنالیز NMR

آنالیز رزونانس مغناطیسی هسته NMR

آنالیز NMR یا طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ و یا اسپکتروفتومتر رزونانس مغناطیسی هسته، روشی کارآمد برای بررسی خواص شیمیایی و فیزیکی مولکول های آلی در ترکیب مورد نظر است که بر مبنای خواص حاصله از برخی اتم های خاص بنا شده است.

آنالیز NMR نسبت به روش آنالیز FTIR از اهمیت بالاتری برخوردار است. در حالی که FTIR اطلاعاتی در خصوص نوع گروه های عاملی موجود در مولکول در اختیار می گذارد، آنالیز NMR ما را از تعداد هر نوع هیدروژن مطلع می سازد. همچنین  این روش اطلاعاتی راجع به طبیعت محیط اطراف این گونه اتم های هیدروژن به دست می دهد. آنالیز NMR یک آنالیز برای بررسی پیوند‌ها و یا گروه‌های عاملی در یک نمونه به ویژه نمونه‌های پلیمری، آلی و یا زیستی است. کاربردهای آنالیز NMR، شناسایی ساختار مولکول ها، مشخص نمودن گروه های عاملی، بررسی رفتار ماکرومولکولهای زیستی، مطالعه نمونه های نفتی، دارویی و غذایی است.

مبانی آنالیز NMR

این آنالیز بر پایه رفتار مغناطیسی هسته اتم‌ها و پوسته الکترونی دور هسته اتم‌ها کار می‌کند. هر پروتون و یا نوترون دارای یک جهت مغناطیسی است که اگر راستای این میدان مغناطیسی به سمت بالا (قرار دادی) باشد، این ذره دارای اسپین مغناطیسی ۱/۲ است و اگر به سمت پایین باشد اسپین مغناطیسی آن منفی ۱/۲ است. هسته اتم‌هایی مانند هیدروژن که یک پروتون (یا مجموع پروتن و نوترون فرد باشد) در هسته آن وجود دارد، هسته دارای اسپین مغناطیسی ۱/۲ یا منفی ۱/۲ است.

در میدان مغناطیسی خارجی صفر (عدم وجود میدان)، انرژی بین حالت ۱/۲ با منفی ۱/۲ برابر است از این رو برای اتم فرقی نمی‌کند در کدام حالت باشد ولی در حضور میدان مغناطیسی خارجی هسته دوست دارد در راستای میدان جهت گیری کند و هسته‌هایی که جهت مغناطیسی مخالف جهت دارند دارای انرژی بیشتری هستند. از این رو برای تغییر حالت اسپین از مثبت ۱/۲ به منفی ۱/۲ انرژی مشخص لازم است که این انرژی برابر با اختلاف حالت بین این دو اسپین است و با استفاده از رابطه E=hν می‌توان این انرژی را به طول فرکانس تبدیل کرد.

در آزمون NMR زمانی که نمونه در معرض میدان خارجی قوی قرار می‌گیرد انرژی اسپین مغناطیسی هسته بین حالت ۱/۲ و منفی ۱/۲ مقدار قابل توجهی می‌شود و ماده با جذب انرژی می‌تواند از حالت اسپینی با انرژی کمتر به اسپینی با انرژی بیشتر تغییر حالت بدهد و انرژی جذب کند. از آن‌جایی که در این حالت اتم سطح انرژی بالاتری دارد، برای رسیدن به سطح انرژی کمتر باید جهت اسپین به حالت کم انرژی برگردد و انرژی جذب شده توسط هسته به صورت امواج رادیویی آزاد می‌شود.

فرکانس این موج رادیویی برای اتم‌های مختلف و برای یک اتم با پیوندهای مختلف متفاوت است. هسته اتم به وسیله الکترون‌ها محاصره شده‌اند و حرکت الکترون‌ها نیز مانند هسته اتم دارای اسپین و جهت گیری مغناطیسی هستند از این رو در حضور میدان مغناطیسی خارجی الکترون‌ها جوری جهت گیری می‌کنند که میدان مغناطیسی خارجی را خنثی کنند از این رو میدان مغناطیسی‌ای که توسط هسته احساس می‌شود کمتر از میدان مغناطیسی خارجی است. از این رو شدت میدان مغناطیسی‌ای که هسته احساس می‌کند وابسته به چگالی الکترون در اطراف هسته است.

این تفاوت در چگالی الکترون در اطراف هسته عامل اصلی در تشخیص پیوند‌های موجود در نمونه است. این تفاوت چگالی الکترون باعث می‌شود اتم‌های یکسان مانند اتم‌های هیدروژن که در قسمت‌های مختلفی از مولکول قرار دارند در فرکانس‌های مختلفی امواج رادیویی را جذب و نشر کنند.

روش انجام آزمون NMR

برای انجام آنالیز NMR لازم است ابتدا نمونه در یک دمای مشخص خشک شود تا رطوبت و یا حلال احتمالی باقی مانده در نمونه از آن خارج شود و سپس نمونه در حلال مخصوص حل شود. حل شدن در حلال الزامی نیست ولی نمونه حل شده نتایج بهتر و دقیق‌تری را ارائه می‌دهد. حلال های استفاده شده برای حل کردن نمونه نباید دارای هیدروژن باشند به همین دلیل نمونه باید قابلیت حل شدن در یکی از حلال های زیر را داشته باشد:

• CDCL_۳
• DMSO-d_۶
• D_۲O
• Acetone-d_۶

در فرمول‌ها D، دوتریوم است و نوع حلال باید توسط متقاضی انتخاب شود. بعد از انحلال نمونه، نمونه در درون دستگاه قرار داده می‌شود تا مورد بررسی قرار گیرد. در این آنالیز امکان بررسی اتم‌های هیدروژن، کربن، فسفر و فلوئور وجود دارد.

تحلیل داده های آنالیز NMR

یک نمودار آنالیز NMR چهار مطلب را بیان می کند:

• تعداد سیگنال های مختلف نشان دهنده تعداد انواع مختلف کربن در ترکیب است.
•  مکان سیگنال ها و یا جابجایی شیمیایی نشان دهنده نوع گروه های عاملی و چگونگی هیبریداسیون است.
• نسیبت مساحت هر پیک به مساحت کل نشان دهنده نسبت فراوانی آن نوع کربن است.
•  تعداد شاخه های هر قله شاخصی برای شمارش تعداد پروتن های همسایه آن کربن است. اگر n هیدروژن غیر یکسان با هیدروژن مورد نظر داشته باشیم و آنها نسبت به یکدیگر یکسان باشند، (n+1) شاخه خواهیم داشت.

سوالات متداول آنالیز NMR

فرکانس دستگاه مورد استفاده در مهامکس چگونه است؟

دستگاه مورد استفاده دارای فرکانس ۵۰۰ مگاهرتس است.

آیا می توانم از حلال هایی به غیر از حلال های نام برده شده در سایت استفاده کنم؟

بله به غیر از حلال های مرسوم و نام برده شده، شما می توانید از حلال های دیگر با خلوص بالا ( ترجیحا HPLC گرید) و دوتره استفاده کنید. با این حال باید خودتان نمونه را در حلال حل کرده و ارسال نمایید.

جواب آنالیز به چه صورت ارسال خواهد شد؟

جواب دستگاه به صورت فایل خام است که آن را می توانید با نرم افزارهایی مانند MasterNova آن را باز و تحلیل کنید. در صورت تمایل فایل با فرمت pdf نیز ارسال می شود.

من اطلاعاتی برای تحلیل نتایج ام ندارد. آیا مهامکس مرا کمک یا راهنمایی می کنم؟

در صورت نیاز به تحلیل گر، کلیه تحلیل های مربوط به این آنالیز همانند استخراج پیک ها، محاسبه سطح زیر نمودار، تعداد هسته ها و پروتن ها و… قابل انجام است.

تعداد اسکن ها برای عناصر چگونه است؟

برای نیتروژن ۶۴ و کربن ۱۰۲۴ است.