ЯМР-трубка

Трубка ЯМР представляет собой тонкостенную стеклянную трубку, используемую для хранения образцов в спектроскопии ядерного магнитного резонанса . Обычно трубки ЯМР имеют диаметр 5 мм, но известны образцы диаметром 10 мм и 3 мм. Важно, чтобы трубки были равномерно толстыми и хорошо сбалансированными, чтобы гарантировать, что трубка ЯМР вращается с постоянной скоростью (т. е. они не качаются), обычно около 20 Гц в спектрометре ЯМР.

ЯМР-трубки обычно изготавливаются из боросиликатного стекла . Они доступны в семи- и восьмидюймовой длине; внешний диаметр трубки 5 мм является наиболее распространенным, но доступны также внешние диаметры 3 мм и 10 мм. Если требуется борный ЯМР, доступны кварцевые ЯМР-трубки, содержащие низкие концентрации бора (в отличие от боросиликатного стекла). Специализированные крышки, такие как клапаны J. Young и крышки с винтовыми крышками, доступны помимо более распространенных полиэтиленовых крышек.

Две общие характеристики для ЯМР-трубок — это концентричность и выпуклость. Концентричность относится к изменению радиальных центров, измеренных на внутренних и внешних стенках. Выпуклость относится к «прямолинейности» трубки. ^[1] Плохие значения любого из них могут привести к ухудшению качества спектров за счет снижения однородности образца. В частности, ЯМР-трубка с плохой выпуклостью может колебаться при вращении, что приводит к появлению вращающихся боковых полос. Благодаря современным технологиям производства даже дешевые трубки дают хорошие спектры для повседневных применений.

Обычно в подходящем растворителе растворяют только небольшой образец. ^[2] Для экспериментов ¹ H ЯМР это обычно будет дейтерированный растворитель, такой как CDCl ₃ . Следует использовать достаточное количество растворителя, чтобы заполнить трубку на 4–5 см (в зависимости от спектрометра). ЯМР белка обычно выполняется в смеси 90% H ₂ O (или буфера)/10% D ₂ O.

Образец можно обработать ультразвуком или перемешать для лучшего растворения, а твердые частицы удаляются путем фильтрации через слой целита, наложенный на ватный тампон в пипетке Пастера , непосредственно в ЯМР-трубку.

Затем трубка ЯМР обычно запечатывается полиэтиленовой крышкой, но может быть запечатана пламенем или запечатана тефлоновым краном « Шленк » или даже очень маленькой резиновой перегородкой . Парафильм может быть обернут вокруг крышки, чтобы уменьшить испарение растворителя.

Трубка Шигеми — это микромасштабная ЯМР-трубка, используемая с обычной ЯМР-трубкой. Трубки Шигеми могут быть подходящими для экспериментов с ЯМР белка , где доступен только меньший образец. Соответствующий меньший объем растворителя желателен для поддержания более высокой концентрации образца. Уменьшенная глубина образца компенсируется твердым стеклом на ЯМР-трубке под уровнем образца, который варьируется в зависимости от марки спектрометра. После того, как пузырьки воздуха будут вытеснены, плунжер крепится к самой трубке парафильмом. В идеале трубки соответствуют используемому дейтерированному растворителю для лучшего разрешения спектра. ^[3]

• 
  Плунжер/вставка в центре, слева 8 мм «нижняя длина» внешней трубки, подходящей для ЯМР-спектрометров Bruker и Varian, справа 15 мм внешняя трубка, подходящая только для Varian
• 
  Полностью собранная 8-миллиметровая трубка Шигеми, вставка прикреплена к внешней трубке с помощью парафильма
• 
  Крупный план образца, лежащего между вставкой и «нижней длиной»

Трубки ЯМР трудно чистить из-за их малого диаметра. Лучше всего их чистить до того, как образец высохнет.

Очистка обычно выполняется путем промывки тем же (недейтерированным) растворителем, который использовался для растворения исходного образца. Дихлорметан или ацетон являются хорошим выбором, поскольку дихлорметан по полярности похож на хлороформ, распространенный растворитель ЯМР, в то время как ацетон растворяет многие органические соединения. Обработка ультразвуком и очистка ершиком для труб могут быть полезны для удаления следов твердых загрязнений. При необходимости трубку можно заполнить окисляющим раствором царской водки или раствора пираньи (H ₂ O ₂ /H ₂ SO ₄ ). Следует проявлять осторожность с этими растворами, поскольку они могут неожиданно и бурно вырваться из трубки ЯМР из-за повышения давления (царская водка) или взрыва (пиранья). Растворы хромовой кислоты никогда не используются из-за следов парамагнитного хрома, оставшихся на трубках, что создает помехи для экспериментов ЯМР. ^[4]

Когда трубка ЯМР считается чистой, ее трижды промывают дистиллированной водой и оставляют сохнуть на воздухе или в печи при низкой температуре. Лучше не превышать 60 °C. При более высоких температурах может произойти небольшая деформация трубки, которая повлияет на ее изгиб. ^[5] Если трубки ЯМР промываются, рекомендуется провести окончательное ополаскивание растворителем, который легко испаряется при 60 °C и не оставляет осадка, например, метанолом. Избегайте ацетона, который оставляет осадок.

Лучшей альтернативой использованию потенциально опасных окислителей является очиститель трубки ЯМР (справа). Это аппарат, который использует вакуум для промывки растворителя и/или моющего раствора по всей длине трубки ЯМР.

В этом аппарате ЯМР-трубка 1 (с колпачком 3, закрепленным на основании ЯМР-трубки) помещается на аппарат вверх дном. ЯМР-трубка надевается на внутреннюю трубку 5, соединенную с резервуаром для растворителя 6. Колпачок ЯМР опирается на внешнюю трубку аппарата 4. Подается вакуум (обычно с помощью аспиратора воды через вакуумный вход). Колпачок ЯМР-трубки образует вакуумное уплотнение. Растворитель 7 всасывается из резервуара для растворителя 6 и выдавливается к основанию ЯМР-трубки и промывает ЯМР-трубку 9 растворителем, очищая ее. Обратите внимание, что для завершения вакуумирования к аппарату для очистки ЯМР-трубки присоединяется колба.

Этот тип оборудования доступен в продаже, ^[6] хотя он дорогой и его легко разрушить, разбив или отломив трубку для очистки. Эквивалентные конструкции могут быть собраны из обычного лабораторного оборудования. ^{[7] [8]}

• 
  Образец политиофенов в ЯМР-трубке. Из-за высокой степени сопряжения образец флуоресцирует в ультрафиолетовом свете .
• 
  Тефлоновый кран, используемый для герметизации трубок ЯМР для образцов, чувствительных к воздуху, имеет центральное отверстие, начинающееся в верхней части крана, которое разделяется на Т-образное соединение внизу. Одно из отверстий перевернутой буквы «Т» можно увидеть на этой фотографии.
• 
  Трубка ЯМР Дж. Янга, прикрепленная к адаптеру с уже смазанным гнездовым соединением 24/40. Обратите внимание на отверстие, полученное в результате Т-образного отверстия в боковой части ПТФЭ-заглушки.
• 
  Трубка ЯМР Дж. Янга, вид сверху на отверстие, ведущее к Т-образному каналу.