超低溫探頭技術(shù)

雙核探頭內(nèi)線圈對特定X 核(如C)調(diào)諧, 外線圈對1H 去偶和觀測.天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)確認、代謝組學以及高通量篩選等研究對 C 的觀測靈敏度要求很高, 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,測量時間與探頭靈敏度的平方成反比, 因此當 C 和H 的靈敏度增長3 ~ 4倍時, 樣品的測量時間會快一個數(shù)量級.同樣, 當測量時間一定時, 需要的樣品量也會大大減少.靈敏度上的飛躍實質(zhì)上重新定義了 C NMR 的應用極限.

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 的靈敏度的同時也增強了1 H 通道的性能.DCH 超低溫探頭H 的線型指標與TXI 和TCI 超低溫探頭相同, 而較好的線型指標意味著對于狹窄的質(zhì)子核磁共振頻率范圍, 可以得到更好的分辨率.因此, 反向和異核化學位移相關(guān)實驗譜圖的質(zhì)量得到改進, 甚至水峰壓制實驗的譜圖質(zhì)量也可與TXI 或者TCI 超低溫探頭相比擬.在天然產(chǎn)物化學或者代謝組學研究中常遇到樣品量很小的問題, 對這類問題, 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或2 個X 核的檢測和去偶.當實驗中需要檢測其它核的時候, 就要花費很長時間來換探頭.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 個核的靈敏度都增加了4 倍, 選擇的4 個X 核均能獲得目前所能達到的最大的靈敏度.例如, QNP 超低溫探頭的C 靈敏度可以達到與DCH 探頭同樣的水平.對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)于有機化合物或者無機化合物的研究對N 的檢測很感興趣, 但由于天然豐度很低, N的檢測通常是非常困難的.天然產(chǎn)物或者藥物里常常包含雜環(huán), 當雜環(huán)中氮原子與氫之間沒有直接的鍵相連時, DEPT 或者HSQC 實驗就不能進行.因此使用TXI 探頭時, 常常需要用反式長程位移相關(guān)實驗(如HMBC)來確定氮原子的化學位移.但是長程偶合通常不知道或者趨近于0 , 所以HMBC 并不總能檢測到相關(guān)信號.而且,對很多無機化合物, 由于完全沒有氫原子, 所以反向檢測H 的實驗不能夠進行, 此時直接檢測N 是確定氮的化學位移唯一可信的方法. 對于有機化學和天然產(chǎn)物化學, 一般認為HMBC 可以得到 H 和 N 所有可能的相關(guān)信息, 所以N 的直接檢測不是必須的.但是, 由于化學交換過程會在HMBC 或者HSQC 實驗中導致相關(guān)信號的丟失, 或者在直接檢測實驗中致使信號丟失, 所以常常會導致在實驗中不能得到準確而完整的信息.發(fā)生這種情況主要是因為不同的化學位移和偶合常數(shù)會導致交換速率不同, 在一個化學體系里面, 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, 在HMBC 中卻不能產(chǎn)生可檢測的相關(guān).因此, 為了得到所有N 的化學位移, HMBC 和氮譜都必須做,以互為補充。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 化學位移范圍相對較大, 在做反式實驗(如HMBC 和HSQC 實驗)時, 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 H 有最佳靈敏度, 同時C 靈敏度也得到很大增強.因此, TCIP 超低溫探頭非常適宜于對核酸的研究。對有標準螺旋的核苷酸而言, 序列指認一般可以通過連續(xù)堿基對的1 H NO E 得到.但對于非標準的結(jié)構(gòu), 這一方法并不湊效.因此, 一種使用三維H 、C 、P 三共振實驗的序列認證方法被發(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 超低溫探頭增強的C 靈敏度使得檢測用C 標記的核酸中的C 非常方便。因為核糖上質(zhì)子的化學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, 是研究核酸和有機磷化合物的一個相當有效的工具.

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梯度場線圈使得常規(guī)的一維梯度勻場可以進行.

內(nèi)線圈對 H 調(diào)諧并且具有最佳的線型和靈敏度, 外線圈對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, 即去偶線圈同時對2 個固定的頻率(X 和Y 核)調(diào)諧, 必要時也可進行1H 去偶, 觀測X 和Y 核.相對傳統(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, 不僅極大地改進了H 通道的靈敏度,同時也增加了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 靈敏度得到了相對更大的增強。

內(nèi)線圈對特定的X 核調(diào)諧, 外線圈對H 核調(diào)諧(相當于傳統(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.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, 從而滿足最佳鎖場性能的要求。