超低溫探頭技術(shù)

雙核探頭內(nèi)線圈對(duì)特定X 核(如C)調(diào)諧, 外線圈對(duì)1H 去偶和觀測(cè).天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)確認(rèn)、代謝組學(xué)以及高通量篩選等研究對(duì) C 的觀測(cè)靈敏度要求很高, 因此在TXI 超低溫探頭推出之后, 適宜于C 觀測(cè)的DUL 雙核超低溫探頭很快發(fā)展了出來.由于在給定信噪比時(shí),測(cè)量時(shí)間與探頭靈敏度的平方成反比, 因此當(dāng) C 和H 的靈敏度增長(zhǎng)3 ~ 4倍時(shí), 樣品的測(cè)量時(shí)間會(huì)快一個(gè)數(shù)量級(jí).同樣, 當(dāng)測(cè)量時(shí)間一定時(shí), 需要的樣品量也會(huì)大大減少.靈敏度上的飛躍實(shí)質(zhì)上重新定義了 C NMR 的應(yīng)用極限.

與10 mm 的DUL 超低溫探頭側(cè)重于提高C 的靈敏度不同, 新型的5 mm DCH 超低溫探頭提高13 C 的靈敏度的同時(shí)也增強(qiáng)了1 H 通道的性能.DCH 超低溫探頭H 的線型指標(biāo)與TXI 和TCI 超低溫探頭相同, 而較好的線型指標(biāo)意味著對(duì)于狹窄的質(zhì)子核磁共振頻率范圍, 可以得到更好的分辨率.因此, 反向和異核化學(xué)位移相關(guān)實(shí)驗(yàn)譜圖的質(zhì)量得到改進(jìn), 甚至水峰壓制實(shí)驗(yàn)的譜圖質(zhì)量也可與TXI 或者TCI 超低溫探頭相比擬.在天然產(chǎn)物化學(xué)或者代謝組學(xué)研究中常遇到樣品量很小的問題, 對(duì)這類問題, 400 ~ 700MHz DCH 超低溫探頭是很理想的解決辦法.

雙核和反式超低溫探頭最多只能用于一個(gè)或2 個(gè)X 核的檢測(cè)和去偶.當(dāng)實(shí)驗(yàn)中需要檢測(cè)其它核的時(shí)候, 就要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間來?yè)Q探頭.為解決這一問題, 在400 、500 和600MHz 譜儀上我們提供了QNP 超低溫探頭.QNP P/C/N 超低溫探頭除了 H 通道外, 最佳的X 通道可以在 C 、 N 和P 之間選擇.與傳統(tǒng)的QNP 探頭相比, QNP 超低溫探頭4 個(gè)核的靈敏度都增加了4 倍, 選擇的4 個(gè)X 核均能獲得目前所能達(dá)到的最大的靈敏度.例如, QNP 超低溫探頭的C 靈敏度可以達(dá)到與DCH 探頭同樣的水平.對(duì)400 MHz 譜儀, 我們最近引入了QN P F/P/C超低溫探頭, 其中X 通道可以在F 、P 和C 中選擇.很多關(guān)于有機(jī)化合物或者無(wú)機(jī)化合物的研究對(duì)N 的檢測(cè)很感興趣, 但由于天然豐度很低, N的檢測(cè)通常是非常困難的.天然產(chǎn)物或者藥物里常常包含雜環(huán), 當(dāng)雜環(huán)中氮原子與氫之間沒有直接的鍵相連時(shí), DEPT 或者HSQC 實(shí)驗(yàn)就不能進(jìn)行.因此使用TXI 探頭時(shí), 常常需要用反式長(zhǎng)程位移相關(guān)實(shí)驗(yàn)(如HMBC)來確定氮原子的化學(xué)位移.但是長(zhǎng)程偶合通常不知道或者趨近于0 , 所以HMBC 并不總能檢測(cè)到相關(guān)信號(hào).而且,對(duì)很多無(wú)機(jī)化合物, 由于完全沒有氫原子, 所以反向檢測(cè)H 的實(shí)驗(yàn)不能夠進(jìn)行, 此時(shí)直接檢測(cè)N 是確定氮的化學(xué)位移唯一可信的方法. 對(duì)于有機(jī)化學(xué)和天然產(chǎn)物化學(xué), 一般認(rèn)為HMBC 可以得到 H 和 N 所有可能的相關(guān)信息, 所以N 的直接檢測(cè)不是必須的.但是, 由于化學(xué)交換過程會(huì)在HMBC 或者HSQC 實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)致相關(guān)信號(hào)的丟失, 或者在直接檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中致使信號(hào)丟失, 所以常常會(huì)導(dǎo)致在實(shí)驗(yàn)中不能得到準(zhǔn)確而完整的信息.發(fā)生這種情況主要是因?yàn)椴煌幕瘜W(xué)位移和偶合常數(shù)會(huì)導(dǎo)致交換速率不同, 在一個(gè)化學(xué)體系里面, 可能存在一種核交換速率快, 一種核交換速率慢的情況.如圖4 所示, 雜環(huán)化合物的N 譜上δ260 處的信號(hào)丟失, 但它的相關(guān)峰出現(xiàn)在HMBC H 譜中.另一方面, 氮譜中在δ385 處的信號(hào), 在HMBC 中卻不能產(chǎn)生可檢測(cè)的相關(guān).因此, 為了得到所有N 的化學(xué)位移, HMBC 和氮譜都必須做,以互為補(bǔ)充。QNP 超低溫探頭的H 靈敏度低于TCI 超低溫探頭, 但它的 N 的90°脈沖比較短.因此如果樣品中感興趣的 N 化學(xué)位移范圍相對(duì)較大, 在做反式實(shí)驗(yàn)(如HMBC 和HSQC 實(shí)驗(yàn))時(shí), QN P 超低溫探頭就具有很大的優(yōu)越性.在較大的 N 帶寬范圍內(nèi), 激發(fā)越均勻, 就能得到越好的相干躍遷、相關(guān)峰靈敏度和N 偏置。TCIP 超低溫探頭TCIP 超低溫探頭是基于TCI 超低溫探頭發(fā)展出來的.P 取代 N 成為第三通道,對(duì) H 有最佳靈敏度, 同時(shí)C 靈敏度也得到很大增強(qiáng).因此, TCIP 超低溫探頭非常適宜于對(duì)核酸的研究。對(duì)有標(biāo)準(zhǔn)螺旋的核苷酸而言, 序列指認(rèn)一般可以通過連續(xù)堿基對(duì)的1 H NO E 得到.但對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu), 這一方法并不湊效.因此, 一種使用三維H 、C 、P 三共振實(shí)驗(yàn)的序列認(rèn)證方法被發(fā)展出來.這種方法通過J 耦合把磷酸鍵上3′端的H3′/C3′、H4′/C4′和5′端的H4′/C4′和H5′、H5″/C5′連接起來. TCIP 超低溫探頭增強(qiáng)的C 靈敏度使得檢測(cè)用C 標(biāo)記的核酸中的C 非常方便。因?yàn)楹颂巧腺|(zhì)子的化學(xué)位移分辨率通常是很低的, 所以氫譜給出的結(jié)果常常模凌兩可.而能提供盡可能高的 H 、C 、 P 和Y 核靈敏度的TCIP 超低溫探頭, 是研究核酸和有機(jī)磷化合物的一個(gè)相當(dāng)有效的工具.

C NMR 在聚合物分析中有著非常重要的作用, 例如確定各種共聚物中每個(gè)單體的比例和平均的分子重量等.新的10 mm DUL C/H 超低溫探頭不但提供了目前最高的C 靈敏度, 變溫范圍還能達(dá)到通常聚合物研究所需的135 ℃.這種低溫探頭配備了Z梯度場(chǎng)線圈使得常規(guī)的一維梯度勻場(chǎng)可以進(jìn)行.

內(nèi)線圈對(duì) H 調(diào)諧并且具有最佳的線型和靈敏度, 外線圈對(duì)X 核調(diào)諧, 一般用于激發(fā)和去偶.所有的布魯克反式探頭都是三共振探頭, 即去偶線圈同時(shí)對(duì)2 個(gè)固定的頻率(X 和Y 核)調(diào)諧, 必要時(shí)也可進(jìn)行1H 去偶, 觀測(cè)X 和Y 核.相對(duì)傳統(tǒng)的TXI 探頭來說, TXI 超低溫探頭使用低溫氦氣冷卻射頻線圈, 不僅極大地改進(jìn)了H 通道的靈敏度,同時(shí)也增加了X 核(C)和Y 核的靈敏度.而TCI 超低溫探頭由于配置了低溫的C 前置放大器, C 靈敏度得到了相對(duì)更大的增強(qiáng)。

內(nèi)線圈對(duì)特定的X 核調(diào)諧, 外線圈對(duì)H 核調(diào)諧(相當(dāng)于傳統(tǒng)的X/ H 雙核探頭).由于使用內(nèi)置低溫前置放大器, X 核可得到最佳的線型和靈敏度指標(biāo).為盡可能的提高1H的靈敏度, 所有的正式超低溫探頭都配置了H 低溫前置放大器。

所有的超低溫探頭(除了微成像探頭)都配置了 H 低溫前置放大器以得到盡可能高的氘靈敏度, 從而滿足最佳鎖場(chǎng)性能的要求。