Что можно исследовать при помощи ЯМР?

Какие объекты в повседневной жизни годятся для изучения методом ядерного магнитного резонанса? Как он может быть полезен за стенами академических институтов и предприятий?

Традиционно метод используется для исследования веществ в растворах, поскольку именно так можно получить спектры высокого разрешения при достаточной чувствительности. Газы дают существенно меньшую чувствительность, чем жидкости в силу гораздо меньшей концентрации исследуемых молекул на единицу объема, а в твердых образцах проявляются эффекты, ведущие к существенному уширению линий в спектрах, что очень серьезно сказывается на их информативности.

ширина пиков в спектрах твердого вещества (solid-state NMR) и его же, но в растворенном виде (liquid-state NMR)

Более подробно можно прочесть в нашем обзоре в журнале "Успехи Химии".

Кроме этого, необходимо обозначить ряд структурно-значимых химических элементов, спектры которых дают полезную информацию.

Периодическая таблица Менделеева с точки зрения ядерного магнитного резонанса. Желтым обозначены элементы со спином 1/2, дающие узкие линии в спектрах. Фиолетовым - с иным спином, зачастую дающие широкие, не имеющие информативности, линии в спектрах

На данной таблице видно, что почти все элементы периодической системы Менделеева возможно использовать для получения информации из спектров. Несмотря на это, запись спектров многих из них не имеет смысла в силу либо очень большой ширины линии, либо низкой чувствительности, либо других причин.

В этой связи, имеет смысл обозначить наиболее пригодные для анализа ЯМР элементы: водород, бор, углерод, азот, фтор, фосфор, кремний, и некоторые металлы, такие как литий, алюминий, платина, олово, и .т.д.)

В итоге обрисовывается наиболее популярная область применения метода: это жидкие либо растворенные органические вещества и их простые смеси. Еще одним фактором является ограничение по пределу обнаружения вещества, которая составляет порядка 10^-2..10^-4 процента, т.е в одном миллилитре раствора (типичный объем для анализа в спектрометре) можно обнаруживать вещества, которых больше одного миллиграмма.

Примеры хороших задач для метода ЯМР:

1. Установление качества мёда
2. Установление строения неизвестного природного вещества, выделенного из растений
3. Контроль качества алкоголя
4. Определение чистоты лекарственного препарата (особенно касается т.н. "дженериков")
5. Выявление строения молекулы "дизайнерского наркотика"
6. Установление строения молекулы белка

Примеры задач, не пригодных для решения методом ЯМР:

1. Установление состава сплава металлов - не пригодный объект (металлы проводят электрический ток)
2. Выявление примесей в водопроводной воде (есть другие, эффективные методы)
3. Контроль качества воздуха (не хватает чувствительности, далеко не всё определяется)
4. Определение наркотических веществ и их метаболитов в моче (как правило, не хватает чувствительности)
5. Установление состава растительного экстракта с лечебными свойствами (слишком сложная смесь, одной спектроскопии ЯМР недостаточно)

В ближайшее время я напишу еще одну статью с решением одной из задач методом спектроскопии ЯМР.

Пожалуйста, пишите в комментариях, про анализ каких объектов вы хотели бы узнать.

Примеры использования метода:

Анализ кофе на наличие метиленхлорида

Что содержится в средстве для очистки посудомоечных машин