Campione sciolto in un solvente (deuterato) e. posto in un tubo. di vetro a pareti sottili di diametro di 5 mm e lungo circa 20 cm

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1 posto in un tubo Campione sciolto in un solvente (deuterato) e di vetro a pareti sottili di diametro di 5 mm e lungo circa 20 cm o spettrometro NMR è formato da alcuni mponenti fondamentali: un magnete, che deve produrre un intenso ed iforme campo magnetico nel quale deve essere sto il campione un generatore di radiofrequenza

2 Il magnete l magnete, che nei primi apparecchi era un elettromagnete che richiedeva na notevole quantità di corrente, è negli apparecchi attuali un magnete uperconduttore. Alcuni metalli ed alcune leghe, se raffreddati alla emperatura dell elio liquido, diventano superconduttori. Un superconduttore è n materiale che ha resistenza elettrica uguale a zero. RF elio liquido ha una temperatura di -269 C e si trova nella parte centrale e serve a antenere a bassa temperatura una bobina in cui circola corrente elettrica. Questa obina, che si occupa di creare un campo magnetico, è fatta di un materiale che alla paventosa temperatura dell elio liquido è un superconduttore, cioè non oppone nessuna esistenza alla corrente, perciò questa continua a girare nella bobina senza richiedere i essere alimentata. L azoto liquido serve per minimizzare l evaporazione dell elio quido, molto costoso.

3 Il campo magnetico deve essere il più uniforme possibile (disomogeneità < 1 parte su 10 9!) I magneti per l NMR devono produrre un campo magnetico non solo molto potente, ma anche estremamente uniforme nello spazio e costante nel tempo: infatti se il campo magnetico non fosse uniforme su tutto il volume del campione, i nuclei risuonerebbero a frequenza diversa a seconda della posizione del campione.

4 Generatore di radiofrequenza All interno del magnete, intorno all alloggiamento per la cuvetta del campione, si trova una bobina collegata al generatore di radiofrequenza. Questa bobina fa si che il campione venga investito da una radiazione elettromagnetica. Un altra bobina ricevente, raccoglie la radiazione elettromagnetica facendola arrivare al ricevitore, che ne misura l intensità. Se ci sono nuclei che risuonano alla frequenza utilizzata, si osserva assorbimento di radiazione: in pratica si nota una diminuzione nell intensità del segnale che giunge al ricevitore. RF

5 Il Trasmettitore/ricevitore di radiofrequenza: 3) Il computer per il controllo e l elaborazione dei dati:

6 Spettroscopia NMR: aspetti tecnici Solventi per l NMR: non devono contenere protoni Poiché il solvente è in grande eccesso rispetto alla molecola in studio, il problema è costituito dai segnali dei suoi nuclei. Per tale motivo si usano solventi deuterati ( 1 H è stato sostituito con 2 H (deuterio)). Si utilizza il deuterio in quanto ha una costante magnetogirica di circa 1/7 rispetto all idrogeno e quindi risuona a frequenze molto lontano dalla zona d interesse. Attenzione: i solventi deuterati contengono sempre una piccola parte di protoni che non sono stati sostituiti dai deuteri e quindi presenteranno sempre un segnale nello spettro dovuto alla frazione non deuterata. Solventi deuterati (tra parentesi il valore di δ del solvente non deuterato): CDCl 3 (7.2 ppm), CD 3 OD (3.35 e 4.8 ppm), CD 3 COCD 3 (2.1 ppm), C 6 D 6 (7.3 ppm),

7 Il campione prima di essere analizzato deve essere sciolto nel solvente deuterato e poi posto nella cuvetta. Successivamente si inserisce il campione nel magnete dove si ottiene la sua magnetizzazione, ovvero i nuclei del campione si orienteranno in maniera parallela o antiparallela al campo magnetico, si distribuiranno quindi tra i livelli α e β. Poi si perturba il campione con una radiofrequenza.

8 Per ottenere lo spettro NMR si può: variare con continuità la frequenza della radiazione elettromagnetica e misurare l assorbimento per ogni frequenza (scansione della frequenza) lasciare costante la frequenza della radiazione elettromagnetica e variare con continuità il campo magnetico (scansione del campo): all aumentare del campo magnetico entreranno in risonanza protoni via via più schermati, e si otterrà comunque uno spettro.

9 N RF a banda larga Contiene un intervallo di frequenze (ν 1... ν n ) ν 2 ν 1 O CH 2 C ν 3 CH 3 S Con un singolo impulso sono eccita

10 ( rilassamento ) ν 1 O CH 2 C CH 3 ν 2 ν 3 I protoni che hanno assorbito la radiazione sono passati al livello eccitato, ma per ritornare al loro stato fondamentale devono ricedere energia in quantità esattamente uguale a quella assorbita. Tale emissione viene registrata da un registratore che evidenzia in un grafico correnti elettriche oscillanti definite F.I.D. (Free Induction Decay). Quello che si ottiene è una sovrapposizione di onde sinusoidali a diverse

11 spettro nel dominio de tempo ν 1 + ν 2 + ν tempo Il FID non è facilmente interpretabile come uno spettro anche se contiene esattamente le stesse informazioni solo che queste ultime sono espresse come intensità in funzione del tempo invece che intensità in funzione della frequenza.

12 Il complesso segnale del FID è trasformato nello spettro NMR attraverso complesse operazioni matematiche DOMINIO DEL TEMPO FID Convertito in DOMINIO DELLE FREQUENZE SPETTRO NMR SEGNALE FT-NMR ν COMPLESSO 1 + ν 2 + ν Un insieme di frequenze che decadono nel tempo Frequenze individuali Spettro NMR

13 Il FID è trasformato in un classico spettro NMR spettro nel dominio delle fequenze

14 Vantaggi dell FT-NMR La fase di eccitazione, la registrazione del FID e la FT sono molto veloci richiedono solo pochi secondi Il ciclo può essere ripetuto n volte

15 Perché l esperimento viene ripetuto molto volte? Perché in questo modo si migliora il rapporto segnale/rumore (S/R). Infatti in ogni esperimento il segnale si trova ovviamente sempre nella stessa posizione, mentre il rumore che è causale no. Se si sommano gli esperimenti via via che si effettuano, l intensità del segnale aumenta in maniera proporzionale al numero di esperimenti (N), mentre l intensità del rumore aumenta solo in maniera proporzionale a N. rumore segnale Aumenta S N 1 impulso 2 impulso sommando nth pulse etc. R N