2D 동핵 상관 1wPMLG에 의한 H 고체 NMR
NM200011E
핵간 근접성/연결성을 제공하는 다차원 상관 NMR 분광법은 원자 분해 구조를 조사하는 데 중요한 역할을 합니다. 특히, 1H-1H 동핵 상관 분광법은 높은 존재비(>99%)와 자이로자기 비율로 인해 매우 유용한 정보 소스이며 따라서 강력한 핵간 상호 작용을 초래합니다. 고해상도의 발전 덕분에 1H 고체 NMR, 이제 관찰 가능 1H-1H 상관 고해상도 고체 NMR [1]. 두 가지 독특한 범주가 있습니다. 1) 단일 양자(SQ)/SQ 상관 및 2) 이중 양자(DQ)/SQ 상관. 이 노트에서는 2D를 소개합니다. 1H 스퀘어/ 1HQ 및 1H DQ/ 1고해상도를 사용하여 핵간 근접성을 조사하는 H SQ 상관 분광법 1H 고체 NMR 기술.
1H 스퀘어/ 1H SQ 상관관계
SQ 일관성은 간접 t에서 관찰됩니다.1 따라서 기본적으로 동일한 스펙트럼이 두 차원에서 나타납니다. 이것은 스펙트럼 해석을 간단하게 만듭니다. 비대각선 크로스 피크에서 연결성을 읽을 수 있습니다. 시퀀스는 본질적으로 NOESY 실험과 동일하지만 wPMLG는 t 동안 적용됩니다.1 및 t2 달성할 차원 1H-1스핀 진화 중 H 디커플링(그림 1). 첫 번째 펄스는 SQ 일관성을 자극합니다. 뒤에 t1 진화에서 자화는 두 번째 90도 펄스에 의해 z축을 따라 저장됩니다. 그만큼 1H 자화는 다른쪽으로 확산됩니다. 1혼합 시간 동안 Hs. 마지막으로, 자화는 t 동안 관찰됩니다.2 세 번째 90도 펄스 후. 이 접근법에서는 1H-1간접 SQ와 직접 SQ 치수 사이의 혼합 시간 동안 H 상관 관계가 설정됩니다. z축을 따라 저장된 자화로 혼합 시간을 다음 순서로 늘릴 수 있습니다. 1HT1, 다중 릴레이 일관성 전송 또는 스핀 확산을 허용합니다. 따라서 SQ/SQ는 잠재적으로 장거리(~100A) 상관 관계를 제공할 수 있습니다. 또한 상관 피크의 축적을 모니터링하여 반정량적 거리 측정을 수행할 수 있습니다. 일반적으로 빌드업 곡선은 경험적 스핀 확산 방정식[2]으로 평가되지만 명시적 스핀 동적 계산도 적용할 수 있습니다[3]. 한 가지 단점은 대각선에 상관관계가 없는 피크가 있다는 것입니다. 이것은 동일하거나 매우 가까운 화학적 이동을 갖는 핵 사이의 상관 관계를 관찰하는 것을 방해합니다.
그림 1.
펄스 시퀀스(왼쪽) 및 회로도 1H 스퀘어/1H SQ 상관 스펙트럼(오른쪽).
1H 스퀘어/ 1H SQ 상관관계: 실험 설정
wPMLG 디커플링은 스핀 에코 실험에 의해 최적화됩니다. 트림 펄스의 필요성을 피하기 위해 z-회전 wPMLG 수퍼사이클링을 권장합니다. 간접 차원에서 획득 창이 필요하지 않으므로 창 없는 PMLG 또는 다른 창 없는 1H-1H 디커플링 시퀀스는 t 동안 사용될 수 있습니다.1. 그러나 이것은 t에서 다른 스케일링 계수를 도입합니다.1 t보다 차원2, 복잡한 처리. 여기서 우리는 같은 것을 사용하는 것이 좋습니다 1H 디커플링 시퀀스를 t2 단순화를 위한 차원. 간접 스펙트럼 폭은 wPMLG 블록에 자동으로 동기화되고 펄스 프로그램의 LG_Loop에 의해 정의됩니다. 신호는 간접 차원에서 wPMLG 블록의 LG_Loop 시간마다 샘플링됩니다. LG_LOOP를 최대화하거나 간접 스펙트럼 폭을 최소화하면 실험 시간을 줄일 수 있습니다. 1D wPMLG 스펙트럼을 조사하여 최소 간접 스펙트럼 폭을 쉽게 최적화할 수 있습니다. 1D wPMLG 스펙트럼은 wPMLG 블록마다 샘플링되므로 스펙트럼 폭은 자동으로 1/cycle_time으로 설정됩니다. 따라서 스펙트럼 범위는 -1/(2 x cycle_time)에서 +1/(2 x cycle_time)까지입니다. 피크가 -1/(nx 2 x cycle_time)에서 +1/(nx 2 x cycle_time) 사이에만 나타나는 경우 wPMLG의 nx 사이클 시간마다 신호를 안전하게 샘플링할 수 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 LG_LOOP = 4는 이 경우 스펙트럼 범위를 커버할 만큼 충분히 넓습니다. 그러나 피크 영역 외부에 나타나는 아티팩트는 LG_LOOP를 XNUMX보다 크게 설정하여 스펙트럼 범위로 접힙니다.따라서 시간이 허락한다면 복잡함을 피하기 위해 LG_LOOP=1이 바람직하다. 부터 1H-1H 스핀 확산은 적당한 MAS 속도에서 충분히 빠르며 대부분의 경우 혼합 시간 동안 rf 필드가 적용되지 않습니다. 그러나 필요에 따라 재결합/감결합 순서를 적용할 수 있다[4]. 혼합 시간이 z-필터로 작동하므로, 즉 혼합 시간 동안 잔류 횡방향 자화가 억제되므로 일관성 경로 선택에는 2단계 위상 순환이 충분합니다. 혼합 시간이 3이거나 매우 짧은 경우 혼합 시간 동안 횡자화를 억제하기 위해 총 6단계 위상 순환을 만드는 추가 XNUMX단계 위상 순환이 필요합니다. 긴 혼합 시간은 확산에 사용할 수 있지만 1원격에 대한 H 자화 1Hs, 혼합 시간은 보다 짧아야 합니다. 1HT1. 그렇지 않으면 신호가 손실됩니다.
그림 2.
112 T 미만의 14.1kHz에서 L-tyrosine.HCl의 H wPMLG 스펙트럼. 스펙트럼 폭은 자동으로 1/cycle_time으로 설정됩니다. 모든 피크가 -1/(4 x 2 x cycle_time)에서 +1/(4 x 2 x cycle_time)에 나타나기 때문에 wPMLG의 XNUMX주기 시간마다 샘플링하면 다음의 간접 차원에서 모든 스펙트럼 영역을 커버하기에 충분합니다. 1H 스퀘어/1H SQ 상관 스펙트럼.
1H 스퀘어/ 1H SQ 상관관계: 데이터 처리
직접 치수는 1D wPMLG와 동일합니다. Linear_Ref 및 Reference를 적용하여 화학적 이동 스케일링을 수정해야 합니다. 간접 차원은 SQ 화학적 이동을 나타내므로 동일한 스케일링을 적용할 수 있습니다. 그림 3은 사용된 결과 2D 스펙트럼 및 프로세스 목록을 보여줍니다.
그림 3.
1H 스퀘어/112T(왼쪽)에서 14.1kHz에서 L-tyrosine.HCl의 H SQ 상관 스펙트럼. wPMLG 디커플링은 두 t 모두에 적용됩니다.1 및 t2 치수. 혼합 시간이 사용되지 않습니다(혼합 시간 = 0). 프로세스 목록은 기본적으로 일반 2D와 동일하나, Linear_Ref와 Reference 함수는 두 치수(오른쪽)에 모두 적용되어야 합니다. 간접 차원의 증분은 Lg_loop = 4를 넣어 wPMLG 사이클 시간의 128배로 설정됩니다. XNUMX t1 포인트는 각각 6 캔으로 수집되었습니다. 총 측정 시간은 128 x 6 x 2 x 1.5초(반복 지연) = 39분이었습니다.
혼합 시간이 없기 때문에 그림 3에 상관 피크가 나타나지 않습니다. 그러나 50μs의 매우 짧은 혼합 시간도 이웃 사이에 교차 피크를 도입합니다. 1Hs(그림 4a). 교차 피크의 강도는 혼합 시간에 따라 빠르게 증가합니다. (그림 4b 및 c). 빌드업 분석은 사이의 반 정량적 거리 정보를 제공합니다. 1Hs.
그림 4.
1H 스퀘어/112us(a), 14.1ms(b) 및 50ms(c)의 혼합 시간에서 0.1T 하에서 0.2kHz에서 L-티로신.HCl의 H SQ 상관 스펙트럼. 별표로 표시된 결함은 간접 차원의 중앙에 나타나는 아티팩트입니다. 간접 차원의 증분은 Lg_loop = 4를 넣어 wPMLG 사이클 시간의 128배로 설정됩니다. XNUMX t1 포인트는 각각 2 캔으로 수집되었습니다. 총 측정 시간은 128 x 2 x 2 x 1.5초(반복 지연) = 각각 13분입니다.
1H DQ/ 1H SQ 상관관계
사이의 근접성 1Hs는 다음을 통해 모니터링할 수 있습니다. 1H DQ/1H SQ 상관 분광법도 마찬가지입니다(그림 5). 같지 않은 1H 스퀘어/1H SQ 상관관계, 1H DQ/1H SQ 상관관계는 < 4A 미만의 매우 국소적인 근접성을 제공하며 원자 분해능 구조를 조사하는 데 유용합니다. 이 실험에서 첫 번째 DQ 일관성은 DQ 여기 블록에 의해 생성됩니다. DQ 일관성은 t 동안 진화합니다.1 wPMLG 조사 기간. 그런 다음 DQ 재변환 블록에 의해 세로 자화로 변환됩니다. 최종 판독 90도 펄스 전에 shoft z-필터를 삽입할 수 있습니다. 마지막으로 wPMLG 디커플링에서 SQ 일관성이 관찰됩니다. 에 가까운 유사성 1H 스퀘어/1H SQ 시퀀스를 찾을 수 있습니다. 실제로 DQ/SQ 시퀀스는 SQ/SQ의 첫 번째 및 두 번째 90도 펄스를 각각 DQ 여기 및 재변환 블록으로 대체하여 설명할 수 있습니다. 주요 차이점은 설정하는 메커니즘입니다. 1H-1H 상관. SQ/SQ 실험이 활용하는 동안 1H-1혼합 시간 동안 H 스핀 확산, DQ 여기 블록에 의해 생성된 두 개의 스핀 DQ 일관성은 DQ/SQ 실험에서 두 개의 스핀 근접성을 보고합니다. DQ 리커플링 동안 쌍극자 절단은 원격 스핀 사이의 DQ 일관성 생성을 방해합니다. 따라서 단지 짧음(일반적으로 < 4A) 1H 근접성이 관찰됩니다. DQ/SQ 스펙트럼에서 나타나는 모든 상관관계는 4A에서 두 개의 스핀 연결성에서 나옵니다. 상관관계가 없는 피크는 나타나지 않습니다. 이것은 스펙트럼 해석을 간단하게 만듭니다. 도식적인 2D DQ/SQ 스펙트럼은 그림 5에 나와 있습니다. ωA 과 ωB SQ 차원에서. A와 A 사이의 유사한 스핀 사이의 상관관계는 ωA +ωA = 2ωA 간접 차원에서, 따라서 (DQ, SQ) = (2ωA , ωA ). 이러한 이유로 대각선은 (2, 0) ppm을 통과하는 기울기 0로 표시됩니다. (DQ, SQ) = (2)에서 상관 관계 없음ωA , ωA )은 B가 가까운 거리에서 같은 스핀을 가지고 있지 않다는 것을 보여줍니다. A와 B 사이의 상관관계는 (DQ, SQ) = (ωA + ωB, ωA )와 (ωA + ωB, ωB ) 대각선에서 등거리로.
그림 5.
펄스 시퀀스(왼쪽) 및 회로도 1H DQ/1H SQ 상관 스펙트럼(오른쪽). 스펙트럼에 나타나는 모든 피크는 상관 피크입니다.
1H DQ/ 1H SQ 상관관계: 실험 설정
z 회전이 있는 동일한 wPMLG 블록이 두 t 동안 모두 적용됩니다.1 및 t2 미문. 비록 어떤 1H DQ 리커플링 체계는 원칙적으로 여기 및 재변환 기간에 사용할 수 있습니다. 실험적 불완전성과 감마 인코딩 특성에 대한 견고성 때문에 POST-C7을 권장합니다[5,6]. POST-C7은 MAS 속도의 XNUMX배의 RF 필드 강도를 필요로 하므로 최대 MAS 속도는 종종 다음 사항에 의해 제한됩니다. 1프로브의 H RF 필드 기능. 예를 들어 100kHz를 수용할 수 있는 프로브 1H 조사는 7/100 = 7kHz MAS 속도에서 POST-C14.3을 수용합니다. 따라서 MAS 비율은 POST-C7이 적용될 수 있도록 신중하게 선택되어야 합니다. POST-C7에는 최적화할 매개변수가 하나뿐입니다. 즉, rf-필드 강도입니다. 실험 최적화는 t에서 1D 스펙트럼을 비교하여 수행할 수 있습니다.1 = 0, 다양한 rf 전계 강도(obs_amp_c7). (그림 6) POST-C7은 rf 전계 강도 변화에 매우 강하기 때문에 미세 조정이 필요하지 않습니다. 일반적으로 5kHz 정도마다 다릅니다. 일반 1D wPMLG와 비교한 DQ 필터링 효율은 일반적으로 단단한 고체의 경우 5-20%입니다. 간접 DQ 차원의 피크는 중앙이 아니라 DQ 리커플링 메커니즘으로 인해 회전 측파대 위치에 나타납니다. [7] POST-C7은 감마 인코딩 방식으로 m = 1 항을 재결합하므로 +1 SSB 위치에 피크가 나타납니다. 즉, 모든 피크가 MAS 속도와 함께 고주파수 쪽으로 이동합니다(그림 7) . 따라서 MAS 속도로 피크 위치를 간단히 이동하여 피크 위치를 쉽게 수정할 수 있습니다. 프로브가 rf 전계 강도를 수용하는 한 POST-C7의 경우 모든 MAS 속도를 사용할 수 있습니다. 간접 차원의 피크 위치는 +MAS 주파수 편이를 포함하여 예측할 수 있습니다. 그러나 약간 복잡합니다. 따라서 시간이 허락한다면 LG_LOOP = 1로 가장 넓은 스펙트럼 범위를 사용하는 것이 좋습니다. 대신 모든 피크가 간접 스펙트럼 범위에 맞도록 LG_LOOP를 변경하는 빠른 2D 실험을 반복할 수 있습니다. 이 최적화 중에 z-필터를 사용할 수 있습니다. z-필터는 간접 차원의 스펙트럼 범위를 변경하지 않습니다. 이를 통해 4단계 위상 순환이 가능하여 실험 시간이 단축됩니다.
[감마 인코딩이 아닌 DQ 리커플링 시퀀스는 간접 스펙트럼 폭이 아래에서 논의되는 MAS 속도와 동일해야 한다는 추가적인 어려움을 제기합니다. 이러한 이유로 감마 인코딩 시퀀스를 권장합니다. 감마 인코딩되지 않은 시퀀스는 +/- 1 또는 2 SSB 위치에서 피크를 제공하여 추가 분할을 제공합니다. 분할을 방지하려면 간접 차원의 스펙트럼 폭을 MAS 속도와 동기화해야 합니다. 스펙트럼 폭이 MAS 속도와 동일하면 모든 DQ 피크가 중앙 대역으로 다시 접힙니다. 이 접근 방식은 빠른 MAS에서 자주 사용되어 피크 이동의 복잡성을 피합니다. 그러나 이것은 또한 특히 적당한 MAS 속도에서 제한된 스펙트럼 폭의 추가 문제를 제기합니다. 예를 들어, 12T에서 20ppm에 해당하는 14.1kHz 스펙트럼 폭은 전체 범위를 커버하기에 충분하지 않습니다. 1H DQ 스펙트럼.]
그림 6.
DQ 필터링됨 1POST-C12에 대한 다양한 rf 전계 강도에서 관찰된 14.1kHz 및 7T에서 L-tyrosine.HCl의 H 스펙트럼. 스펙트럼은 t와 함께 그림 5의 시퀀스를 사용하여 관찰되었습니다.1 = 0. POST-C7의 공칭 rf 전계 강도는 MAS 속도의 XNUMX배이지만 최대 DQ 효율은 약간 다른 rf 전계 강도에서 나타날 수 있습니다.
그림 7.
12kHz 및 14.1T의 MAS 속도에서 L-티로신.HCl의 DQ/SQ 상관 스펙트럼의 DQ 차원에 투영. POST-C7은 DQ 일관성을 자극/재변환하는 데 사용됩니다. DQ 피크는 중앙이 아니라 +1 SSB 위치에 나타납니다.
획득 시간에 주의해야 합니다. 여기 동안 rf 필드가 거의 지속적으로 적용되므로 t1, 재변환 및 t2 프로브 오류를 방지하려면 총 지속 시간이 50ms보다 짧아야 합니다. x_acq_time 및 y_acq_time을 주의하십시오.
그림 8.
1H DQ/1(a) 및 (b, 12ms) z-필터링 없이 14.1 T 하에서 1 kHz MAS에서 L-티로신.HCl의 H SQ 상관 스펙트럼. 핵간 연결성은 (a)에서 빨간색 선으로 표시됩니다. 참고 1H 과제는 잠정적입니다.
1H DQ/ 1H SQ 상관관계: 데이터 처리(그림 9)
직접 치수는 1D wPMLG와 동일합니다. Linear_Ref 및 Reference를 적용하여 화학적 이동 스케일링을 수정해야 합니다. 간접 차원에서 첫 번째 피크 위치는 피크가 +1 SSB(중앙이 아님)에 나타나기 때문에 MAS 속도로 이동해야 합니다. 이는 Reference 기능으로 수행할 수 있습니다. 다음으로 Linier_Ref를 적용하여 화학적 이동을 재조정합니다. 스펙트럼 중심은 첫 번째 단계에서 참조를 적용했기 때문에 더 이상 50[%]가 아닙니다. 이 요인을 수정하기 위해서는 Center를 x_offset * 2로 설정해야 하며, 이는 사용된 실험 조건에 따라 자동으로 수치로 변환됩니다. 피크 위치가 DQ 차원에서 2배가 되었기 때문에 후속 Reference에서 사용되는 매개변수는 SQ 차원에 비해 XNUMX배가 되어야 합니다. 마지막으로 기울기가 XNUMX인 대각선이 그려집니다.
그림 9.
처리에 사용되는 프로세스 목록 1H DQ/112T 미만의 14.1kHz MAS에서 L-티로신.HCl의 H SQ 상관 스펙트럼.
그림 10.
의 확장 1H DQ/112 T 하의 14.1 kHz MAS에서 L-tyrosine.HCl의 H SQ 상관 스펙트럼. 전체 스펙트럼은 그림 8(a)에 표시됩니다. 참고 1H 과제는 잠정적입니다. 간접 차원의 증분은 Lg_loop = 1을 넣어 wPMLG 사이클 시간으로 설정됩니다. 512 t1 포인트는 각각 12캔으로 수집되었습니다. 총 측정 시간은 512 x 12 x 2 x 1.5초(반복 지연) = 5.2시간이었다.
참조 :
- [1] SP 브라운, Prog. 핵. 매그. 레슨. 분광학 50 (2007) 199-251.
- [2] E. Salager, RS Stein, CJ Pickard, B. Elena, L. Emsley, Phys. 화학. 화학. 물리학 11 (2009) 2610-2621.
- [3] J.-N. Dumez, MC Butler, E. Salager, B. Elena-Herrmann, L. Emsley, Phys. 화학. 화학. 물리학 12 (2010) 9172-9175.
- [4] NT Duong, S. Raran-Kurussi, Y. Nishiyama, V. Agarwal, J. Magn. 레슨. 317 (2020) 106777.
- [5] H. Hohwy, HJ Jakobsen, M. Eden, MH Levitt, NC Nielsen, J. Chem. 물리학 108 (1998) 2686-2694.
- [6] SP Brown, A. Lesage. B. Elena, L. Emsley, J. Am. 화학. Soc. 126 (2004) 13230-13231.
- [7] H. Geen, JJ Titman, J. Gottwald, HW Spiess, J. Magn. 레슨. A 114 (1995) 264-267.
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