Nukleárna Magnetická Rezonancia na Slovensku

3.2.2.1 Stupnica NMR chemického posunu

Rezonančné frekvencie spinov νk majú v závislosti od indukcie B0  a typu meraného jadra hodnotu desiatky až stovky MHz. Zmena rezonančných frekvencií spôsobená chemickým posunom býva, v závislosti od typu jadra a veľkosti B0 , Hz až stovky kHz. Presnosť určovania frekvencie v moderných NMR prístrojoch je rádovo 0.1Hz. Je zrejme, že používanie absolútnej hodnoty rezonančnej frekvencie ako frekvenčnej súradnice NMR spektier pre veľkosť číselného vyjadrenia νk (potrebné 10 platných cifier) by bolo veľmi nepraktické. Ďalší, dôležitejší dôvod zavedenia alternatívnej súradnicovej stupnice je, že νk rovnako ako aj rozdiel medzi rezonančnými frekvenciami rôznych spinov (νk – νj) závisia od B0 , čo by pri používaní tejto súradnicovej stupnice veľmi sťažilo porovnávanie spektier meraných na rôznych NMR spektrometroch. Preto sa časom ustálila relatívna stupnica zvaná δ-stupnica, pri ktorej oba vyššie spomenuté praktické nedostatky sú odstránené:

δk = (νk – νstd)/νstd

Z definície je zrejme, že δ-stupnica potrebuje pre každý meraný spin štandard, voči ktorého rezonančnej frekvencií νstd sa chemický posun určuje. Z definície taktiež vyplýva že δk nezávisí od B0 pretože závislosť čitateľa aj menovateľa od B0 je rovnaká a preto sa vzájomne ruší. δk je bezrozmerná veličina vyjadrená veľmi malým číslom (čitateľ:(νk – νstd)- Hz až kHz;  menovateľ:(νstd)- desiatky/stovky MHz), a preto sa vyjadruje v ppm (milióntinách).

Pre každý meraný spin je potrebné definovať vhodný štandard. Pre najčastejšie merané jadrá 1H a 13C (ako aj menej často meraný spin 29Si) sa za štandard zvolil tetrametylsilán (TMS). Výhodou tohto štandardu je, že TMS má (kvôli vysokej symetrií svojej molekuly) v 1H a 13C spektrách silný dobre identifikovateľný (na kraji spektra mimo bežných signálov vzoriek) signál. Pre vodné roztoky, v ktorých je TMS málo rozpustný sa miesto neho používa DSS (trimetylsilylpropan-1-sulfonát sodný) alebo TSP (trimetylsilylpropionová kyselina). Štandard sa môže použiť ako interný štandard priamym pridaním do vzorky (ako súčasť rozpúšťadla) alebo ako externý štandard zatavený v kapiláre ponorenej vo vzorke.

Štandardy pre iné dôležité spiny sú napr.: 15N(ext. kvap. NH3); 19F (CFCl3); 31P(ext. 85%H3PO4); 17O(ext. H2O).

Ak štandard nebol ku vzorke pridaný tak na definovanie δ-stupnice sa ako sekundárny štandard často využíva signál rozpúšťadla. V NMR sa obvykle používajú deuterované rozpúšťadla. Ich signály majú známu polohu v spektre a typický multipletový tvar takže sú v spektre dobre identifikovateľné (pozri obr.23).

Obr.27. δ-stupnica pre štandardný rozsah 1H a 13C NMR chemických posunov s vyznačenými signálmi v NMR bežne používaných deuterovaných rozpúšťadiel, ktoré sa môžu (pri absencií TMS) použiť ako sekundárny štandard. Multipletová signálov je dôsledkom interakcie 1H jadier (obsiahnuté v neúplne deuterovaných rozpúšťadlách; 1H spektrá), resp. 13C jadier s 2D spinmi.

V moderných spektrometroch je možne pre ľubovoľný spin definovať δ-stupnicu aj bez prítomnosti akéhokoľvek (primárneho alebo sekundárneho) štandardu vo vzorke. Stačí na to poznať rozpúšťadlo na signál, ktorého je spektrometer stabilizovaný (“locked” – uzamknutý). Na základe presnej absolútnej frekvencie „locku“ sa určí akú absolútnu rezonančnú frekvenciu by mal pri danom magnetickom poli preferovaný štandard pre daný spin. Tento spôsob určovania chemických posunov má veľký význam najmä pre jadrá, pre ktoré je prítomnosť interného štandardu nemožná (narušenie vzorky) alebo veľmi nepraktická (napr. pre 15N spektrá, kde je obvykle potrebný štandard s 15N izotopovým obohatením,.. ).

Použitie sekundárneho alebo externého, prípadne „počítačového“ štandardu je z teoretického hľadiska menej presne. Z praktického hľadiska (ovplyvňovanie vzorky) však oveľa výhodnejšie. Navyše  presnosť (správnosť ) určenia chemických posunov pri vyhodnocovaní nameraných NMR dát nikdy nie je kritickým parametrom.