Способ определения статическоймагнитной восприимчивости веществв pactbope

 

О П И С А Н И Е slll25

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! 0i) Дополните.1ьное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 13.11.78 (21) 2684360/18-25 (51) М.Кл.з 6 01 И 24/08 с присоединением заявки— (23) IIðèîðèòåò-Государственный комитат

СССР (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень №9 (53) УДК 539.143.43 (088.8) го делам изобретений и открытий

I (45) Дата опубликования описания 10.03.81 (72) Авторы изобретения

P. П. Девятериков, А. М. Качурин и А. P. К

Ленинградский институт ядерной физик имени Б. П. Константинова АН СССР

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСК

МАГНИТНОЙ ВОСПРИИМЧИВОСТИ ВЕЩЕСТВ

В РАСТВОРЕ

ЬХ, 3

0/ у

25

Изобретение относится к области исследования веществ в растворе с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен способ определения магнитной восприимчивости веществ в растворе, по которому образец помещают в катушку резонансного контура, в котором поддержигают высокочастотные колебания электромагнитного поля, и определяют магнитную восприим! IIBocTb по изменению резонансной частоты контура. Чувствительность этого способа невысока и не,позволяет исследовать растворы, содержащие менее

10 М низкоспиновых парамагнитных центров на литр (1).

Ближайшим техническим решением, является способ определения магнитной восприимчивости веществ в растворе, при котором в двойную коаксиальную ампулу заливают растворы, содержащие исследуемое вещество, вещество-стабилизатор, вещество-свидетель и растворитель, помещают ампулу с растворами в зонд спектрометра

ЯМР, регистрируют сдвиг резонансной час-.îòû сигнала ЯМР вещества-свидетеля и вычисляют определяемую величину по значению указанного сдвига. Во внешний и внутренний цилиндрические объемы коаксиальной ампулы заливают близкие по составу растворы, каждый из которых содержит 1 — 2% вещества-свидетеля, дающего синглетный сигнал ЯМР (ацетон, метиловый спирт, диоксан и т. п.). Причем в сосстав одного из растворов (обычно внешнего) добавляют 1 —.2% вещества-стабилизатора (третичнобутиловый спирт, триметилуксусную кислоту, тетраметилсплан и т. п.), сигнал ЯМР которого используют для внутренней стабилизации резонансных условий в спектрометре ЯМР. Исследуемое вещество вводят в состав внешнего р а створ а.

Спектр ЯМР, полученный от такого образца, представляет собой два еинглетных

15 сигнала от вещества-свидетеля из внешнего и внутреннего растворов, причем резонансные частоты обоих синглетов отличаются на где f, — рабочая частота спектрометра

ЯМР;

Ау — разность значений объемной статической магнитной восприимчивости растворов во внешнем и внутреннем цилиндрах коаксиальной ампулы.

Чувствительность к изменению магнитно ной восприимчивости раствора определяет811125 ся минимальным регистрируемым сдвигом резонансной линии. Эта величина определяется разрешающей ci.oñoáíoñòbþ спектрометра, составляющей обычно (1 — 5) 10-, что соответствует 0,1 — 0,3 Гц для наиболее распространенных спектрометров с рабочей

IacToToff г? = 80 — 10 яГц. Такая чувствительность позволяст обнаружить присугствие 10 ->М пиэкоспиповь>х парамагнитных центров в литре раствора и является вполне приемлемой для исследования сравнительно низкомолскулярных парамагпитных соединений в растворе (2).

Однако современная биохимия и молекулярная биология предлагают парамагнитные OR å ITû исс.".едсвания, молекулярный вес которых дост iràåò соте-i тысяч дальтон (ферменты, фермент-субстратные комплексы, металло-ну клеиновые комплексы) . Для растворов подобных молекул концентрация большач, чем 1 — 2 10 -М, трудно доcTH?Kiiõà. „

Осковиым недо"татком способа является то, что с его помощ>по можно регистрировать сдвиги резонансных линий пе меньшие, чем полуширипа этих линий. Это не позволяет о3прсдслять ма.-нитную восприимчивость веществ !3 растворе с точностью, необходимой при современных исследованиях.

Целью изобретения является повышение точности определения магнитной восприимчивости вещестз в растворе.

Поставленная цель дости-.астся тем, что в известном способе определения статической магнитной восприимчивости веществ в растворе во внутренний цилиндр коаксиальной ампул ы заливают раствор, содержащий Bc!ilccT!3o-свидетель и растворитель, при следующем сооТ! ol»cíi ;I компоПС?> ОГ В>Г %

Вещество-свидетель 15 — 20

Раствор: тель Остальное, >о внешний цилиндр ампулы заливают раствор, содер?кащий исследуемое вещест»о, вещество-стабилизатор и растворитель, при следующем соотноше3ш.. компонентов, вес %:

Исследуемое вещество 2 — 10

Вещество-стабилизатор 1 — 2

Растворитсль Остальное, а сдвиг резонансной частоты вещества-свидетеля регистрируют по изменснию значения частотной развертки спектрометра

ЯМР, соответствующей нулевой точке сигнала дисперсии ЯМР вещества-свидетеля.

Заполнение цилиндров двойной коаксиальной ампулы по предлагаемому способу позволяет регистрировать не разность резонансных частот вещества-свидетеля из . внешнего и внутреннего цилиндров ампулы, а сдвиг резонансной частоты веществасвидетеля при наличии исследуемого вещества относительно резонансной частоты вещества-свидетеля в отсутствие исследуе5

lO !

5 ,0

25 зо

65 мого вещества. Это позволяет избежать частотного наложения друг на друга сигналов ЯМР вещества-свидетеля из внешнего и внутреннего цилиндров ампулы. При этом сдвиг резонансной частоты регистрируют по нулевой точке сигнала дисперсии

Я МР вещества-свидетеля, а не по вершине еТо линии поглощения. Все это позволяет регистрировать сдвиг резонансной частоты свидетеля, составляющий 2 — Зо о от ширины резонансной ликии сигнала Я. .1Р вещества-свидетеля, и повысить точность известного способа определения статической магнитной воспр3;им->пвости.

На фиг. 1 показан разбрсс частот и

;кстограмма отклонений для примера 1; на ф:;. 2 — кинетика восстановления кислорода.

Споссб осуществляется следующим образом.

В коаксиальную ампулу с отношением диаметров внешнего и внутреннего цилиндров 5: 1 — 10: 1 заливают растворы следующего состава. Во внутренний цилиндр—

10-- 20 в -с. Я, раствор в;щества-св. детеля в трсбуcib:ом аствоpHтс;;с, во i3:;с.".:!!Iй ц)t—

> линдр — раствор, содержащий 1--2 вес. вещества-стабилизатора резонансных условий, 2 — 10 вес.Я> исследуемого вегцества, остальное — растворитель. Ампулу поме.

IIsaioT в зонд спектрометра ЯМР, определяют значение частотной развертки спектромстра, соответству,"о. ee нулевой точке с3пнала дисперсии ЯМР всщества-сзидетеля, многократно измеряют это значение и вычисляют его среднее арифметическое.

Затем опорожниloT внешний ц.Iëè I;>p ампулы, заливают в него раствор, иденти >иый удаленному, но не содержагцпй исс-,едусмого вещсства, и повторя.от,перечисленные выше операции вплоть до вычисления среднего арифметического. Находят разность полученных среднеарифметических зна -.сний частотной развертки спектрометр а

?1МР, соответствующих нулевой точке сигнала дисперсии ЯМР вещества-свидетеля.

Г1о найденной разности резонансных частот Я в соответствии с формуло (1) вычисляют изменение статичес:- ой магнитной восприимчивости Лу раствора, содер?кашсго исследуемое вещество, QT!loci4TQльно раствора без исследуемого вещества. Вычисленную вели шну Лу приш3мают за зна:ение статической магнитной восприимчивости исследуемого вещества непосрс:ственно или с соответствующей поправкой. В том случае, когда исследуют изме еп;:с значения статической магнитной восприимчивости с течением времени, измеряют последовательно ряд значений частотной развертки, соответствующей нулевой точке сигнала дисперсии ЯМР вещества-свидетеля в растворе, содержащем исследуемое вещество. При этом необходимость манипуляций с раствором, не содержащим иссле8III25

15

Таблица

I- eçîíí "иая час-ета сапдстеля f, (1 и) р о измерения

Г, (r;,1

2119,851

2! 19,849

2119,857

2 19 849

2 l! 9,855

2119,852

60 б5. дуемое вещество, отпадает, а изменение статической магнитной восприимчивости вычисляют по указанным значениям частотной развертки.

Примеры конкретного выполнения способа определения статической магнитной восприимчивости веществ в растворе.

Определение стабильности и точности непрерывной регистрации частоты вещества-свидетеля в течение 1 ч (фиг. 1).

Во внутренний цилиндр коаксиальной ампулы заливают раствор, содержащий

20 вес. о/о днметилсульфоксида (веществосвидетель) и 80 вес. /о тяжелой воды Д О.

Во внешний цилиндр заливают раствор, содержащий 2 вес.% третичнобутилового спирта (вещество-стабилизатор), 90 вес. о/о тяжелой воды, остальное — вода Н О (вещество-датчик температурь1). В течение 1 ч образец находился в спектрометре в термостабилизированном состоянии; непрерывно отслеживалась резонансная частота свидетеля и каждые 0,5 м измерялась цифровым частотомером с точностью до 10 5 Г14. .Все значение частоты легли в интервал

0,006 Гц; гистограмма отклонений от среднего колоколообразна и достаточно симметрична, следовательно, точность и стабильность регистрации резонансной частоты,не хуже 0,010 Гц/: 2 = 0,005 Г14.

Определение повторяемости измерений в случае, когда перед ка:кдым измерением образец собирался и заполнялся заново.

Состав растворов тот же.

Результаты приведены в таблице.

Все пят! значсн:ií,.езо .!а! сI oé частоты укладываются в интервал 0,39 Гц; максимальное отклонение от среднcãо не более

О.,СО5 Ги,.

О-!рсделен Ie кинет:.ки еакцпи восстановления кислорода окислительно-восстановительной коферментной системой ФМННАДН"". Внутренний раствор остался без изменения, внешний раствор содержал третичнобутиловый спирт, тяжелую воду, легкую воду, двузамещенный фосфат натрия в тех жс концентрациях, что и в предыдущем опыте.,В него были внесены НАДН в концентрации 10 - М/л и ФМН в концентрации 10 М/л. Перед опытом раствор продувался атмосферным воздухом. Резонансная частота свидетеля отслеживалась непрерывно в течение 1,5 ч и измерялась че25 зо

55 рез 1 — 1,5 мин. Результат представлен на фиг. 2.

Равпсвесная концентрация молекулярного кислорода в слабых водносолевых растворах приближается к 3 10 — 4 М/л; молярная магнитная восприимчивость 02 (находящегося в основном триплетном состоянии) равна,3,3 - 10 з л/моль при 20 С.

Так как концентрация НАДН существенно превышает концентрацию ФМН возможна реакция восстановления кислорода псевдонулевого порядка с линейной кинетикой.

Предлагаемый способ повышает точность определения статической магнитной восприимчивости вещества в растворе в

20 — 50 раз; увеличивает чувствительность измерения, что позволяет зарегистрировать сдв:i г резонансной линии вещества-свидетеля, составляющей 3 — 5 Д разрешения сгект„oìeòoà ЯМР.

Формула изобретения

Способ определения статической магнитной восприим-гивости веществ в растворе, при котором в двойную коаксиальную ампулу заливают растворы, содержащие исследуемое вещество, вещество-стабили. затор, вещество-свидетель и растворитель, помещают ампулу с растворами в зонд спектрометра ЯМР, регистрируют сдвиг резонансной частоты сигнала ЯМР вещества-свидетеля и вычисляют определяемую величину по значению указанного сдвига, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения ма IIIITHOH восприимчивости, во внутренний цилиндр коаксиальной ампулы заливают раствор, содержащий вещество-свидетель и растворитель, при следующем соотношении комонентов, вес.",о.

Вещество-свидетель 15 — 20

Растворнтель Остальное, во внешний цилиндр ампулы заливают раствор, содержащий исследуемое вещество, вещество-стабилизатор и раство;.итель, при следующем соотношении компо. нентов, вес. /о.

Исследуемое вещество 2 — 10

Вещество-стабил зато; 1=2

1заствор!!тель Остальное, в сдвиг резонансной частоты вещества свидетеля регистрируют по изменению значе ния частотной развертки спектрометра

ЯМР, соответствующей нулевой точке сигнала дисперсии ЯМР веще тва-спиде-еля.

Источники и ф. прп!1ять1е и:: внимание при зкспертпзе:

1. Чечерников В. И. Магнитные измере. ния. М., Издательство МГУ, 1969, с. 139—

142.

2. Jouina1 of the С11еп11са1 Society, London, 1959, № 6, рр. 2003 — 2005.

5х l фиг 1

КО 8, мычу

Составитель В. Филиппов

Техред О. Павлова Корректор И. Осиповская

Редактор О. Филиппова

Заказ 221/224 Изд. № 216 Тираж 915 ПодписноеНПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» е е ее е ° o а

° е ° ° ° e aeeo е ее е е °

° ° o ° e o ° o aoo е ° е ° eae

° ° e aaa aea e е е ее ° е е е 4еэ ° ° ее ° е

° е

° е е ° у =z//g жгг а / =пег о

Фиг 2!

1 ñ

aj