超低溫探頭技術

自布魯克的超低溫探頭獲得發展.為滿足不同的套用需要, 各種類型的超低溫探頭相繼問世.例如Q NP 探頭除1 H 外提供了31P 、13C 和15 N 或者19F 、31 P 和13 C 的選擇;選擇性超低溫探頭可以觀測19 F 、2 H 或者3H ;10 mm 13C/1H雙核超低溫探頭變溫範圍可達135 ℃，但不管是反式還是正式超低溫探頭, 一般都具有低溫冷卻射頻線圈和前置功放,同時配有氘鎖通道、Z 梯度線圈以及變溫單元。

基本介紹

• 中文名：超低溫探頭技術
• 外文名：Cryogenic probe technology
• 特性：有效提高S/N信噪比、梯度場特性
• 優勢：操作簡單，使用方便
• 超低溫：低於1k的溫度

超低溫探頭類型

反式超低溫探頭

內線圈對¹ H 調諧並且具有最佳的線型和靈敏度, 外線圈對X 核調諧, 一般用於激發和去偶.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)調諧, 必要時也可進行1H 去偶, 觀測X 和Y 核.相對傳統的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¹H 通道的靈敏度,同時也增加了X 核(¹³C)和Y 核的靈敏度.而TCI 超低溫探頭由於配置了低溫的¹³C 前置放大器, ¹³C 靈敏度得到了相對更大的增強。

正式超低溫探頭

內線圈對特定的X 核調諧, 外線圈對¹H 核調諧(相當於傳統的X/ H 雙核探頭).由於使用內置低溫前置放大器, X 核可得到最佳的線型和靈敏度指標.為儘可能的提高1H的靈敏度, 所有的正式超低溫探頭都配置了¹H 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² H 低溫前置放大器以得到儘可能高的氘靈敏度, 從而滿足最佳鎖場性能的要求。

幾種類型超低溫探頭介紹

DCH超低溫探頭

雙核探頭內線圈對特定X 核(如¹³C)調諧, 外線圈對1H 去偶和觀測.天然產物的結構確認、代謝組學以及高通量篩選等研究對¹³ C 的觀測靈敏度要求很高, 因此在TXI 超低溫探頭推出之後, 適宜於¹³C 觀測的DUL 雙核超低溫探頭很快發展了出來.由於在給定信噪比時,測量時間與探頭靈敏度的平方成反比, 因此當¹³ C 和¹H 的靈敏度增長3 ～ 4倍時, 樣品的測量時間會快一個數量級.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上重新定義了¹³ C NMR 的套用極限.

與10 mm 的DUL 超低溫探頭側重於提高¹³C 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¹H 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於狹窄的質子核磁共振頻率範圍, 可以得到更好的解析度.因此, 反向和異核化學位移相關實驗譜圖的質量得到改進, 甚至水峰壓制實驗的譜圖質量也可與TXI 或者TCI 超低溫探頭相比擬.在天然產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.

QNP 超低溫探頭

雙核和反式超低溫探頭最多只能用於一個或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¹ H 通道外, 最佳的X 通道可以在¹³ C 、¹⁵ N 和³¹ P 之間選擇.與傳統的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¹³C 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¹⁹F 、³¹P 和¹³C 中選擇.很多關於有機化合物或者無機化合物的研究對¹⁵N 的檢測很感興趣, 但由於天然豐度很低, ¹⁵N的檢測通常是非常困難的.天然產物或者藥物里常常包含雜環, 當雜環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於0 , 所以HMBC 並不總能檢測到相關信號.而且,對很多無機化合物, 由於完全沒有氫原子, 所以反向檢測¹ H 的實驗不能夠進行, 此時直接檢測¹⁵N 是確定氮的化學位移唯一可信的方法. 對於有機化學和天然產物化學, 一般認為HMBC 可以得到¹ H 和¹⁵ N 所有可能的相關信息, 所以¹⁵N 的直接檢測不是必須的.但是, 由於化學交換過程會在HMBC 或者HSQC 實驗中導致相關信號的丟失, 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.發生這種情況主要是因為不同的化學位移和偶合常數會導致交換速率不同, 在一個化學體系裡面, 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, 雜環化合物的¹⁵N 譜上δ260 處的信號丟失, 但它的相關峰出現在HMBC ¹H 譜中.另一方面, 氮譜中在δ385 處的信號, 在HMBC 中卻不能產生可檢測的相關.因此, 為了得到所有¹⁵N 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¹ H 靈敏度低於TCI 超低溫探頭, 但它的¹⁵ N 的90°脈衝比較短.因此如果樣品中感興趣的¹⁵ N 化學位移範圍相對較大, 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越性.在較大的¹⁵ N 頻寬範圍內, 激發越均勻, 就能得到越好的相干躍遷、相關峰靈敏度和¹⁵N 偏置。TCIP 超低溫探頭TCIP 超低溫探頭是基於TCI 超低溫探頭髮展出來的.³¹ P 取代¹⁵ N 成為第三通道,對¹ H 有最佳靈敏度, 同時¹³ C 靈敏度也得到很大增強.因此, TCIP 超低溫探頭非常適宜於對核酸的研究。對有標準螺旋的核苷酸而言, 序列指認一般可以通過連續鹼基對的1 H NO E 得到.但對於非標準的結構, 這一方法並不湊效.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′連線起來. TCIP 超低溫探頭增強的¹³ C 靈敏度使得檢測用¹³C 標記的核酸中的¹³ C 非常方便。因為核糖上質子的化學位移解析度通常是很低的, 所以氫譜給出的結果常常模凌兩可.而能提供儘可能高的¹ H 、¹³C 、³¹ 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.

10 mm DUL 13C/1H 超低溫探頭

¹³ 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 ¹³C/¹H 超低溫探頭不但提供了目前最高的¹³C 靈敏度, 變溫範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的一維梯度勻場可以進行.