16.7 : 이중 공명 기술: 개요

핵자기공명(NMR) 분광학의 이중 공명 기술은 두 개의 서로 다른 주파수 또는 고주파 펄스를 동시에 적용하여 두 개의 서로 다른 핵 스핀을 조작하고 관찰하는 것과 관련됩니다. 이중 공명의 중요한 응용 중 하나는 스핀 분리입니다. 이는 다른 핵의 NMR 신호를 관찰하면서 한 유형의 핵과의 결합을 선택적으로 억제하여 스펙트럼을 단순화하고 분해능을 향상시킵니다.

스핀 분리는 일반적으로 표본 원자에 적합한 무선 주파수(rf) 펄스 시퀀스를 조사하여 달성되며, 하나의 핵종과의 모든 결합을 효과적으로 제거합니다. 이를 통해 관찰된 스펙트럼이 단순화되어 서로 다른 핵 간의 관계를 더 쉽게 분석하고 이해할 수 있습니다.

이중 공명 실험은 두 핵 세트가 각각 다른 동위원소인지 아니면 동일한 동위원소인지에 따라 이핵 또는 동핵으로 분류될 수 있습니다. 또한 조사 주파수가 공진 주파수의 일부만 포함하는지 아니면 전부 포함하는지에 따라 선택적이거나 비선택적일 수 있습니다.

비선택적 이핵 분리에서는 표본이 적절한 무선 주파수 범위에 노출되어 하나의 핵종과의 모든 결합을 제거합니다. 그러나 외부 전계 강도가 증가하면 더 넓은 주파수 범위에 걸쳐 더 강력한 조사가 필요합니다. 특정 장비에서는 지속적인 조사로 인해 열에 민감한 표본이 손상될 수 있을 만큼 충분한 열이 생성됩니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 J 변조 스핀 에코 펄스 시퀀스와 같은 일련의 펄스와 정확한 타이밍 지연을 사용하는 최신 방법을 사용하여 스펙트럼 내에서 결합 효과를 제거하거나 조정할 수 있습니다.

예를 들어, 부착된 양성자 전달(APT) 실험에서는 J 변조 스핀 에코 펄스 시퀀스를 적용하여 감지된 탄소 신호의 위상에 초점을 맞춥니다. 짝수 개의 양성자에 결합된 탄소 원자는 스펙트럼에서 양의 신호를 나타내고, 홀수 개의 양성자에 결합된 탄소 원자는 음의 신호로 나타납니다.

180° 양성자 펄스와 광대역 디커플링의 조합을 사용하여 스펙트럼 해석을 단순화하고 다중도를 할당합니다. APT 실험 중에 양성자에 180° 펄스가 적용됩니다. 그 역할은 양성자와 탄소 사이의 상호 작용으로 인해 자연적으로 발생하는 스핀 결합 진화에 다시 초점을 맞추는 것입니다.

특히 90° 펄스가 횡방향 자화를 생성한 후 180° 펄스는 디커플러가 꺼지는 초기 기간 동안 결합 ​​효과가 동결되도록 보장합니다. 이는 화학적 이동이 처음 180° 펄스 이후 1/J 시간(결합 상수 기간) 동안에만 발생함을 의미합니다.

이 펄스 시퀀스의 타이밍을 주의 깊게 조정함으로써 실험은 탄소와 부착된 양성자 사이의 J-커플링을 활용하여 탄소 다중도를 분리합니다. 커플링 진화 기간(1/J) 후에 광대역 디커플링이 켜집니다. 이는 J-커플링 신호를 제거하여 다중선을 각 탄소 공명에 대한 단일 피크로 축소합니다.

디커플링은 탄소 신호가 분할되지 않도록 보장하여 분할 패턴이 아닌 위상(양성 또는 음수)을 기반으로 신호를 명확하게 구분할 수 있도록 합니다.

APT 기술은 선택적으로 탄소 신호를 강화하여 탄소-양성자 연결성, 부착된 수소 원자 수 및 전체 분자 구조에 대한 귀중한 정보를 제공합니다.