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Anleitung zum Messen und Bearbeiten von 1H- und 13 C-NMR-Spektren

mit den Geräten BRUKER AC 250 und BRUKER AM 270 SY (ASPECT 3000)

Autoren: Thomas Kolrep, Anja Peuker, Burkhard Kirste.

  1. Probenvorbereitung
    1. Locken
    2. Shimmen
  2. Messung von 1H-Spektren
    1. Phasen
    2. Plotten
    3. Integration
    4. Spreizung
    5. Anmerkungen
  3. Messung von 13 C-Spektren
    1. Phasen
    2. Plotten
  4. Plotten von 2D-Spektren
  5. Problembeseitigung

1. Probenvorbereitung

Für 1H-NMR etwa 10-30 mg, für 13 C-NMR 100-300 mg Substanz in etwa 0.6 ml deuteriertem Lösungsmittel lösen, evtl. filtrieren. Mit LIFT Preßluft einschalten und Röhrchen im Halter in den Magneten senken (vorher richtige Eintauchtiefe einstellen). Drücken der SPIN-Taste bringt das Röhrchen zur Drehung (etwa 20 Hz).

1.1 Locken

Mit FIELD das Deuterium-Locksignal suchen und mit LOCK einlocken.

1.2 Shimmen

Shim-Werte Z und Z^2 mit Drehknopf verstellen (abwechselnd, Spulen beeinflussen sich gegenseitig!), um "Shimlinie" auf maximale Höhe zu bringen.

Ausnahme: Wird in Lösungsmitteln ohne Deuterium gemessen (z.B. CCl4), entfällt das Locken und Shimmen, statt dessen wird die SWEEP OFF-Taste gedrückt, um das Feld einigermaßen zu stabilisieren bzw. um das Schwanken zur Anzeige des Locksignals auszuschalten. Geshimmt wird hierbei der FID mit "GS".

Anmerkung zum Locken und Shimmen

Durch Nachregeln der "Lock Power" und "Lock Gain" wird das Locksignal bzw. die Shimlinie im Bildschirmbereich gehalten. Es empfehlen sich Werte von etwa 20 für die "Lock Power" und 110 für die "Lock Gain", zum Einlocken muß evtl. verstärkt werden.

2. Messung von 1H-Spektren

"Protonen-Job" einlesen:

RE NAME.001 - Meßeinstellungen (nur Parameter: RJ NAME.001)
PJ NAME.001 - Ploteinstellungen

Einen "Testpuls" messen:
ZG (ggf. vorher NS = 1 einstellen)

Die Empfängerverstärkung RG (Receiver Gain) ändern, bis der FID ca. 1/2 bis 1 Kästchen (beiderseits der Nullinie) auf dem Bildschirm ausfüllt. Dann Anzahl der Pulse eingeben: NS (number of scans) bei konzentrierten Lösungen mit RG = 1 etwa 8, bei dünneren Proben mit RG = 8 oder höher 16 - 32 Pulse.

Hinweis: Durch Drücken der ESC-Taste kann man die Parameter-Tafeln durchblättern.

ZG startet die Messung; Abbruch wenn nötig mit Ctrl-H. Nach Beendigung der Messung FID mit FT umrechnen.

2.1 Phasen

In der "EP"-Routine größtes Signal mit A- und B-Knopf in den Anzeigebereich bringen und "P" drücken: Cursor sitzt auf dem Signal. Mit C-Knopf Grundlinie einstellen (bei Anschlag Ctrl-C), dann anderes Ende des Spektrums einstellen und dort mit D-Knopf korrigieren. Gesamtspektrum kontrollieren und bei richtiger Phase "M" drücken. Wird gleiches oder ähnliches Spektrum nochmal gemessen (z.B. D2O-Austausch oder Shift-Messungen), reicht zum Phasen die Eingabe "PK", die alten Werte werden wieder eingestellt.

2.2 Plotten

Mit "TI" Titel eingeben. "EP"-Routine aufrufen, TMS-Signal mit "G" auf Null setzen bzw. Lösungsmittelsignalwert eingeben, um Skala zu kalibrieren. Mit "N" Maßstab einstellen: für normales 1H-Spektrum 0.4 ppm/cm (etwa 0-11 ppm). Dreimal die Return-Taste drücken und mit Ctrl-A und Drehung des A-Knopfes Spektrenlage einstellen. Ctrl-F stellt alte Werte für Maßstab und Lage ein. Mit "X" wird der Plot gestartet. Abbruch ggf. mit Ctrl-PT.

2.3 Integration

In der "EP"-Routine während oder nach dem Plotten "I" drücken, Ctrl-B, etwas spreizen und mit dem A-Knopf das linke Ende des Spektrums in den Schirm drehen. Mit dem Cursor vor und nach jedem Signal Integralmarke mit "Z" setzen, das Spektrum dazu mit A-Knopf durchlaufen lassen oder Cursorposition mit C- bzw. D-Knopf (Feinstellung) ändern. "M" zeigt nun die Integrale, mit C- und D-Knopf ist eine Basislinienkorrektur (Anstieg bzw. Lage) möglich, mit + und - Änderung der Größe. Plotten mit "S", x-offset = 0, y-offset = 1 oder 2.

Speichern von Integralgrenzen

(Anwendung z.B. für D2O-Austausch)

Mit "E" nach Integration die Integralpunkte speichern, Anzeige z.B. "INT1.001", Return drücken. Wieder aufrufen mit "I" und "L" (angezeigt werden muß wieder "INT1.001", bei Blockwechsel eingeben) und Return drücken.

2.4 Spreizung

In der EP-Routine mit "N" anderen Maßstab einstellen (Standardspreizung 0.1 ppm/cm, mit ":" kann ein Wert in Hz/cm eingegeben werden), sonst wie bei 2.2. Für bessere Ausnutzung der Papierbreite vorher CX = 41 setzen; die Parameter werden dann nicht mitgeplottet. Mit "U" und Ctrl-B kann mit den Knöpfen A und B nach Eingeben des Maßstabes ein gewünschter Teilbereich des Spektrums auf dem Bildschirm eingestellt werden, geplottet wird hierbei mit "S" und Eingabe von x- und y-offset.

2.5 Anmerkungen

Zur Messung:

Ist ein stark tieffeldverschobenes Signal zu erwarten (z.B. COOH-Proton), muß die spektrale Weite "SW" auf 5000 oder 6000 vergrößert werden. Normalwerte sind:

 
        SW = 4000 für CDCl3 und
        SW = 5000 für DMSO als Lösungsmittel.

Basislinienkorrektur

In der EP-Routine LINE FEED-Taste drücken - Filename "BASLPNTS.001" wird angezeigt, Return. Durch Bewegen des Cursors und Drücken der LINE FEED-Taste Punkte der Basislinie definieren. Mit "W" wird die Korrektur ausgeführt, "S" für Spline eingeben.

Bei "durchhängender" Grundlinie: In der EP-Routine "K" drücken und mit den Knöpfen A, B, C, D Hilfslinie an die Grundlinie anpassen. Mit 0-Eingabe kann die Linie mit dem A-Knopf vertikal verschoben werden. Mit "M" wird korrigiert.

Vergleichen zweier Spektren auf dem Bildschirm

"D" in der EP-Routine eingeben: zweites, vorher abgespeichertes Spektrum (bzw. SPC1, SPC2 oder SPC3) kann aufgerufen werden. Verschiebung und Spreizung ist mit den Drehknöpfen möglich; Addition oder Subtraktion der Spektren wird mit "A" bzw. "S" durchgeführt.

Speichern und Aufrufen der Shimwerte

WSH SHIMATRX.001 -> eingestellte Werte werden gespeichert
RSH SHIMATRX.001 -> Aufrufen des Shim-Files

Entkoppeltes Messen von H-Spektren (Einstrahlen)

  1. Normales 1H-Spektrum messen
  2. In der EP-Routine Cursor auf zu entkoppelndes Signal setzen und mit "O2" und "M" Einstrahlfrequenz festlegen.
  3. Entkoppler mit "HD" einstellen. Einstrahlstärke mit "DP" einstellen: 10 L oder niedrigerer Wert für starke Entkopplung (breite Signalgruppe), 15 L für schwache Entkopplung.
  4. Spektrum entkoppelt messen: Signal, auf das eingestrahlt wurde, muß unterdrückt sein (evtl. Intensität mit HD ändern und nochmal messen).
Vereinfachung einer anderen Signalgruppe zeigt Kopplung zwischen entsprechenden Protonen des entkoppelten und des vereinfachten Signals an.

Automatische Funktionen

TU4 : automatisches Shimmen von z und z^2
RGA : automatisches Bestimmen der optimalen Receiver Gain RG
APK : automatische Phasenkorrektur
AZF : automatische Nullpunktsetzung für Integrale.
Integralempfindlichkeit kann mit ISEN vorgewählt werden, Standardwert ist ISEN = 128
PXB: Plotten mit Integralen, AZF vorher erforderlich

zusammengefaßte Befehle:

ZG : ZE (zero - löscht alte Daten) + GO
EF : EM (exponentielle Multiplikation) + FT
EFP : EM + FT + PK

3. Messung von 13 C-Spektren

"13 C-Job" aufrufen: 

RE NAME.002 (bzw. RJ NAME.002)
PJ NAME.002

PR (Return) H 2 (Return) -> Sonde schaltet auf 13 C um
MOD (Return) 1 (Return) -> WALTZ-Entkopplung
BB (Return) Breitbandentkopplung
DP Decoupler-Power (Return) 16 H (Return) (am AC 250; AM 270: 21 H)
NS (Return) -1 (unendliche Messung, anhalten mit Ctrl-H)
ZG
nach Ctrl-H:
PO (Entkopplerleistung wird abgeschaltet)
EF (mit LB = 1.2, ist im 13 C-Job gespeichert)

3.1 Phasen

"P" - Phase einstellen wie bei 1H-Spektren (2.1).

3.2 Plotten

Skala setzen, z. B. bei Chloroform mit Cursor auf mittleres Signal des Tripletts gehen und mit "G" auf 77 stellen. Dann mit dem Cursor auf kleinstes auszudruckendes (ppm-Lage) Signal gehen und "M" drücken, Wert wird angezeigt (minimale Intensität). Bei schlechtem Signal-Rausch-Abstand "P" nach Anzeige dieses Wertes eingeben -> nur positive Signale werden beim "peak-picking" berücksichtigt; alle kleineren sowie negativen Peaks nicht. "N" für Maßstab drücken, 3 x Return; mit Ctrl-A Lage einstellen und ausdrucken mit X-Befehl.

Zur Messung von 13 C-Spektren

Um den Signal-Rausch-Abstand während des Pulsens zu prüfen (oder überhaupt das Erscheinen von Signalen), kann der FID in einen anderen Block transferiert und dort umgerechnet werden. Dazu TR (Return) -> Blocknummer wird vom Gerät vorgeschlagen, evtl. andere Blocknummer eingeben und Return drücken, LB = 1.2 eingeben und mit EF umrechnen. Die Messung wird dabei nicht beeinträchtigt.

Im 13 C-Job ist für RG der Wert 800 gespeichert. Bei sehr konzentrierten Lösungen können Schwierigkeiten beim Phasen entstehen; -> RG auf 400 oder 200 verkleinern.

Einstellbeispiel für Messung bis 300 ppm (etwa für Verbindungen mit Carben-Kohlenstoff) 

   SW = 22000
   O1 = 4500
   RD = 3 bis 5 Sekunden

Bei Verbindungen mit langen Relaxationszeiten ist die Zugabe von Cr(III)-Acetylacetonat sinnvoll; die Relaxation wird verkürzt und es kann schneller gepulst werden (RD = 0).

4. Plotten von 2D-Spektren

In AP2D- (oder bei Ausschnitteinstellung EP2D-) Bildschirmanzeige des 2D-Spektrums F1- und F2- Grenze ablesen: 

     F2     a     b     c 
     F1     d     e     f      (b und e : Cursorposition)

Grenzen für 13 C-Spektrum beim HETCOR:
a = F1 für F2 - Projektion
c = F2 für F2 - Projektion

Grenzen für 1H-Spektrum (COSY und HETCOR):
d = F1 für F1 - Projektion
f = F2 für F1 - Projektion

Beim 1H-COSY müssen a und d sowie c und f bei richtiger Skalierung gleich sein.

Vorher abgespeichertes 1H-Spektrum beim 1H-COSY bzw. 1H- und 13 C-Spektrum beim HETCOR aufrufen, F1- und F2-Wert eingeben und MAXY = CY = 23 setzen (höchster Peak wird auf die Randbreite begrenzt). Spektrum wieder abspeichern (!).

Plotbefehl: CP2P

Für F1- und F2-Projektion die Namen der abgespeicherten Spektren eingeben (beim 1H-COSY zweimal den gleichen).

5. Problembeseitigung

Wenn der Computer keine Eingaben annimmt

Ctrl-Q oder
Ctrl-K (Achtung: zerstört laufende Messung, auch im anderen Block)
versuchen.

Wenn das nichts hilft =>

Computerneustart

START-Taste (beim 270 MHz-Gerät "STOP", "CLEAR", "DISK") drücken => 

       Datumanzeige : Return
       Zeitanzeige  : Return
            *       : DISB90


       Ctrl-D => Bildschirmgitter
       Ctrl-L => Locksignal

Der letzte FID in jedem Block bleibt beim Neustart gespeichert; die Plotparameter müssen neu eingelesen werden.

Thomas Kolrep, Anja Peuker, Burkhard Kirste, 1994/05/07