תמג דו-מימדי

סוגים של תמ"ג דו-מימדי

ספקטרוסקופיית תמ"ג דו-מימדי כוללת (בין היתר) את הניסויים הבאים:-

התאמה הומוגרעינית:

דרך קשר: COSY, TOCSY, 2D-INADEQUATE, 2D-ADEQUATE
דרך מרחב: NOESY, ROESY

התאמה הטרוגרעינית:

דוגמאות לפענוח דו מימדי

פענוח של המולקולה 12,14-דיטיבוטילבנזו[g]קריסן

פענוח של המולקולה כולסטריל אצטט

הבסיס לתמ"ג דו-ממדי

בניסוי תמ"ג חד מימדי שלב איסוף הנתונים התבצע מייד לאחר שהסתיימה סדרת הפולסים המתאימה לניסוי, גם בניסוי המסובכים נשמר הסדר הזה אם כי נוסף שלב הכנה לפני האיסוף. לעומת זאת בניסוי תמ"ג דו מימדי מופרד שלב האיסוף משלב העירור בשלבי ביניים שנקראים שלב התפתחות ושלב הערבוב. תהליך ההתפתחות נמשך פרק זמן שיסומן כ-t₁. איסוף הנתונים יכלול מספר רב של ספקטרה שיאספו בדרך הבאה: בפעם הראשונה t₁ יקבע קרוב לאפס ויאסוף הספקטרום הראשון, בפעם השנייה t₁ יוגדל ב-Δt ויאסוף ספקטרום נוסף. התהליך הזה (הגדלת t₁ ואיסוף ספקטרה) יבוצע עד שיאספו מספיק נתונים שיאפשרו הצגתם (לאחר התמרת פורייה דו ממדית) כמפה טופוגרפית שבה אחד הצירים הוא f₁ שהוא הספקטרום שנאסף בשביל t₁ מסוים והציר השני שהוא הספקטרום שנאסף לאחר שלב ההתפתחות והערבוב (באופן דומה לאיסוף חד מימדי). עוצמת הסיגנל תומחש כמו במפה טופוגרפית ככל שהצבע חזק יותר כך הסיגנל חזק יותר.

במפה הטופוגרפית המתקבלת יופיעו הסיגנלים כפונקציה של שני תדרים f₁ ו-f₂ ואפשרי מצב שבו אותו סיגנל יופיע בתדר מסוים (לדוגמא 20 הרץ) בציר f₁ ובתדר אחר (לדוגמא 80 הרץ) בציר f₂ המשמעות היא שבדרך כלשהי הועבר הסיגנל בשלב ההתפתחות אל סיגנל אחר שתדר העירור שלו הוא 80 הרץ .בניסוי תמ''ג דו מימדי נמדדת העברת המגנטיזציה, לעיתים היא מתרחשת דרך קשרים לגרעין של אותו סוג (COSY, TOCSY או INADEQUATE) או בין גרעינים מסוגים שונים (HSQC או HMBC) ולעיתים דרך מרחב (NOESY או ROESY).

שיטות התמ"ג הדו ממדיות השונות שימושיות במקרים שבהם תמ"ג חד מימדי אינו מספיק לדוגמא סיגנלים שהתמזגו זה בזה בגלל שתדר הבליעה שלהם קרוב האחד לשני ומקרים שבהם ההפרדה אינה מספיקה. שיטות התמ"ג הדו מימדי עשויות לחסוך זמן בעיקר כאשר מתעניינים בקישוריות בין גרעינים שונים (פחמן ומימן לדוגמה).

ניסוי תמ"ג דו-מימדי בסיסי בנוי מסדרת פולסים )תרשים 1) שמעוררת את הגרעין בלפחות שני פולסים או שתי קבוצות פולסים ולאחר מכן איסוף סיגנל ההשראה החופשית (fid) שהם יצרו. הפולסים יכולים להיות בתדר רדיו טהור או פולסים של מפלים מגנטיים. האיסוף נעשה פעמים רבות כאשר הזמן t₁ גדל בהפרשים קטנים . זמן ההתפתחות מסומן t₁ וזמן האיסוף יסומן כ-t₂.

תרשים 1. סידרת פולסים בסיסית לתמ"ג דו-מימדי

המרת פורייה דו-מימדית

סיגנל ההשראה הדו מימדי מומר בהמרת פורייה )תרשים 2) בשני המימדים ומתקבל ספקטרום המוצג כמפה טופוגרפית תדר ההתפתחות מסומן כ-f₁ ותדר האיסוף כ-f₂ שמצויר מימים לשמאל.

תרשים 2. המרת פורייה דו-מימדית

בדרך כלל מציירים ספקטרום תמ"ג דו-מימדי עם ההיטל החד מימדי על מנת להציג תמונה ברורה יותר. כאשר הספקטרום הוא הומוגרעיני יופיע בדרך כלל אלכסון (למעט ב2D-INADEQUATE) של סיגנלים המייצג את ההתאמה של הסיגנלים בנים לבין עצמם ולכשעצמו לא מכיל מידע רב. הסיגנלים הרחוקים מן האלכסון מייצגים התאמה סיגנלים ומשמשים לפענוח. לדוגמא בספקטרום ה-COSY בתרשים 3, סיגנל הפרוטון ב-1.4 ppm מתואם עם סיגנל הפרוטון ב-2.8 ppm כיוון שהם נמצאים על אותו חתך שמקשר ביניהם אך אין התאמה לסיגנל ב-7.3 ppm.

תרשים 3. ספקטרום תמ''ג דו-מימדי מסוג COSY של אתילבנזן

בספקטרום תמ"ג דו-מימדי שבו הגרעינים אינם זהים לא יופיע סיגנל אלכסון ויש התאמה בין כל הסיגנלים לדוגמה תמונת ספקטרום תמ"ג דו-מימדי מסוג HSQC (תרשים 4) להלן סיגנל הפרוטון ב-1.4-ppm מתאים לסיגנל של ¹³C ב-‎15.7 ppm‏ והסיגנל ב-‎2.8 ppm‏ (הפרוטונים) מתאים לסיגנל ב-‎29.0 ppm‏ (ב-¹³C), וכו'.

תרשים 4. ספקטרום תמ"ג דו מימדי מסוג HSQC של אתילבנזן

הסיגנלים בספקטרום הדו-מימדי לא מופעים תמיד בפאזה טהורה (כולם חיוביים) לעיתים לא ניתן לבטא אותה בפשטות למשל בשיטות HMBC ו-2D-INADEQUATE הסיגנלים בספקטרום מוכפלים בעצמם כדי שניתן יהיה לראותם בפאזה חיובית, החיסרון הוא הפסד בהפרדה בין הסיגנלים בל תוספת הרגישות המתקבלת כאשר מפעילים פונקציות חלון למיניהם (שגם הן גורמת להרחבת הסיגנלים). מסיבה זו כדאי לתקן את הפאזה בכל מקום שאפשר. התוצאה יכולה להיות סיגנלים בפאזה טהורה, באנטי פאזה או סיגנלים בפאזה שלילית (תרשים 5). בדרך כלל מסמנים סיגנלים שליליים באדום או מקווקו.

תרשים 5. פזות אפשריות להתאמה בין שני דובלטים