Kernresonanzspektroskopie

Eine einfache Wasserunterdrückung durch Presaturation bei Proben in D₂O ist sogar im Open Acces möglich (ASC400). An den Service-Geräten kommen bei Bedarf verschiedene Lösungsmittelunterdrückungen zum Einsatz, wobei die Einstrahlfrequenz bei jeder Probe angepasst wird. So kann beispielsweise auch der Wasserpeak in DMSO oder ein großes Methanolsignal unterdrückt werden. Neben der Presaturation stehen auch komplexere Unterdrückungsmethoden zur Verfügung, so dass beispielsweise auch eine Messung in 10%/90% D₂O/H₂O möglich ist.

Unter den ¹³C Experimenten bieten DEPT- und APT-Spektren den Vorteil einer Information über den Substitutionsgrad durch das Vorzeichen der Signale - CH/CH₃ positiv, (Cq)/CH₂ negativ. Diese Messungen eignen sich daher insbesondere für Proben, die nicht weiter durch heteronukleare 2D Experimente charakterisiert werden. Eine Kombination von APT/DEPT mit HSQC hingegen ist wenig sinnvoll, da letzteres dieselbe Information im Vorzeichen der Kreuzpeaks liefert. DEPT-Spektren bieten den Vorteil einer erhöhten Signalintensität. Allerdings erscheinen dort keine Resonanzen von quartären C-Atomen.

Für die indirekte ¹³C-Dimension wird standardmäßig der spektrale Bereich ca. -20 - 230 ppm eingestellt, sofern vorab kein ¹³C-Spektrum vorliegt. Die Auflösung ist damit typischerweise nicht besser als 0,5 - 1 ppm (dies gilt insbesondere für den Open Access). Wird eine bessere Auflösung benötigt, muss die Messung im Service erfolgen. Die gewünschte Auflösung sowie der erwartete ¹³C spektrale Bereich sollte dann auf dem Auftragszettel gesondert angegeben werden, damit die Paramter entsprechend angepasst werden können. Am 600 MHz Gerät im Service können durch die Non-Uniform Sampling Methode, extrem hohe Auflösungen in der indirekten Dimension erreicht werden.

Das NOAH2_BS Experiment spart durch die kombinierte Aufnahme von HMBC und HSQC fast 50% der Messzeit für beide heteronuklearen 2D-Experimente und sollte daher immer gewählt werden, wenn beide Messungen benötigt werden. Vor der Prozessierung muss ein BS-Datensatz in die beiden Subdatensätze aufgeteilt werden (s. Infodokument (pdf)).

Basierend auf dem Kern-Overhauser-Effekt (NOE), bei dem über dipolare Kopplung Magnetisierung auf räumlich benachbarte Spins übertragen wird, können Abstandsinformationen gewonnen werden. Im 2D NOESY erscheinen so Korrelationen zwischen ¹H Resonanzen, deren Kerne im Molekül bis zu 5 Å voneinander entfernt sind. Analoge Information kann auch aus dem 2D ROESY gewonnen werden, wobei letzteres bei kleinen Molekülen typischerweise zu bevorzugen ist. Noch einfacher, häufig klarer in der Auswertung und vor allem schneller ist das 1D NOE Experiment. Hierzu muss eine Liste der zu sättigenden Signale von Interesse (markiert im ausgedruckten Spektrum) vorliegen. Die 1D NOE Spektren zeigen dann jeweils nur die „Antwortsignale“ von Protonen in räumlicher Nähe.

Neben ¹³C werden am 400 MHz Gerät im Service auch ³¹P und ¹⁹F standardmäßig gemessen. Da für die ¹⁹F Messungen die Hardware umgestellt werden muss, sollten diese Aufträge optimalerweise gesammelt abgegeben werden. Für ²⁹Si und ¹¹B sind ebenfalls schon Experimente etabliert. Vor einer Abgabe sollte aber Rücksprache gehalten werden. Hilfreich bei allen heteronuklearen Messungen ist eine Angabe des erwarteten chemischen Verschiebungsbereichs auf dem Auftragszettel. Auf Anfrage kann die Etablierung von Messungen diverser anderer Heterokerne geprüft werden. 

Gängige heteronukleare 2D-Experimente kommen selbstverständlich nicht nur für ¹H-¹³C Korrelationen zum Einsatz. Am 500 MHz Gerät im Service beispielsweise können nach Rücksprache ¹H-¹⁵N HSQC und HMBC Spektren sogar bei natürlicher Häufigkeit aufgenommen werden. ¹H-¹⁵N Korrelationen können bei der Strukturaufklärung unbekannter Moleküle die Anzahl der möglichen Strukturen signifikant reduzieren. Außerdem kann die gute Dispersion der ¹⁵N Resonanzen in komplizierten Fällen helfen, aus stark überlappenden ¹³C Resonanzen resultierende strukturelle Unklarheiten zu eliminieren.

Insbesondere bei perfluorierten Molekülen bieten sich ¹⁹F-entkoppelte ¹³C Spektren zur Eliminierung der komplizierten Multiplettstrukturen und einem damit einhergehenden erhöhten Signal-zu-Rausch-Verhältnis sowie ¹⁹F-¹³C HMQC Spektren zur Zuordnung der fluorierten Cs an. Dabei ist allerdings zu beachten, dass mit der aktuellen Ausrüstung keine geichzeitige Aufnahme bzw. Entkopplung von ¹H und ¹⁹F möglich ist.

Da die chemische Verschiebung temperaturabhängig ist, kann eine Messung bei erhöhter oder verringerter Temperatur im Glücksfall die Überlappung von Signalen reduzieren. Ein meist deutlich erfolgreicherer und einfacherer Ansatz ist hingegen die Messung in einem anderen Lösungsmittel.

Ebenfalls temperaturabhängig ist die Kinetik chemischer Austauschprozesse, beispielsweise bei Tautomerien sowie Rotations- oder anderen Konformationsisomerien. Bei höherer Temperatur steigt die Austauschrate, so dass eventuell ein schneller Austausch (scharfe gemittelte Signale) erreicht werden kann. Bei tiefen Temperaturen hingegen kann eventuell ein langsamer Austausch (getrennte Signale für im Gleichgewicht stehende Spezies) erreicht werden. In jedem Fall ist zu beachten, dass der zur Verfügung stehende Temperaturbereich durch Schmelz- und Siedepunkte des verwendeten Lösungsmittels sowie durch die verwendete Hardware begrenzt ist. Grundsätzlich werden Messungen bei verschiedenen Temperaturen nur nach persönlicher Rücksprache angeboten.