Varian NMR-spektometrien käyttö. Yksinkertaistettu ohje, ver

Transkriptio

1 Varian NMR-spektometrien käyttö Yksinkertaistettu ohje, ver Valtteri Mäkelä & Ilkka Kilpeläinen Orgaanisen kemian laboratorio Helsingin yliopisto 2005

2 NMR-spektometrien käyttö varian VNMRohjelmistolla Varian NMR-spektometrien käyttö... 1 NMR-spektometrien käyttö varian VNMR-ohjelmistolla... 2 HUOM!!! Varoitus! Erittäin voimakas magneettikenttä!... 3 Ohjeiden kattavuus...4 NMR-laitteisto...4 NMR-työasema...5 NMR-konsoli...6 Probe ja magneetti...6 VNMR ohjelmisto... 6 Käynnistys...6 Käyttöliittymän Yleisesittely...7 Komentorivi-ikkuna...8 Grafiikkaikkuna...8 Teksti-ikkuna...9 Statusikkuna...9 Ohjelmiston rakenne...10 Kokeet, fidit...10 Spektrin ajaminen...10 Viittaukset menuun, komentoriviin ja grafiikkaikkunaan...11 Kokeen pystytys: Koe, ydin, liuotin ja perusparametrien asetus...11 Näytteen valmistelu...13 Acqi ja lukko...14 Jos et löydä signaalia tehon säädöillä; kerrataan pari asiaa:...16 Acqi ja shimmaus...19 Spektrin varsinainen ajaminen...21 Spektrin vaiheistus...21 Integrointi ja muu käsittely...24 Nimeäminen ja tulostus...27 Tallentaminen...27 Muuta Käsitteitä...28 Komentoja...28 Yleisiä rakenteita...28 Yleisiä komentoja...28

3 HUOM!!! Varoitus! Erittäin voimakas magneettikenttä! NMR-spektrometri sisältää erittäin tehokkaan, suprajohtavan magneetin. Mikäli sinulla on sydämentahdistin tai muita vastaavia laitteita, älä mene magneetin lähelle ollenkaan. Se aiheuttaa hengenvaaran, koska voimakas magneettikenttä voi vaikuttaa elektronisten laitteiden toimintaan. Vaikka magneetti on hyvin suojattu, myös sen hajakenttä on niin suuri, että se saattaa imaista metalliesineitä (rauta) jopa metrienkin päästä. Kenttään jouduttuaan esine tarttuu magneettiin niin voimakkaasti, ettei sitä saa irti purkamatta kenttää. Kenttään joutuessaan esine saattaa aiheuttaa vaaratilanteen sinulle, tai hajoittaa kallista laitteistoa. Riisu siis kaikki metalliesineet, avaimet sekä lompakko (pankkikortit) hyllyille työskennellessäsi spektrometrien kanssa.

4 Ohjeiden kattavuus Näissä ohjeissa käsitellään spektrometrien varsinaista käyttöä: spektrin mittaamista, jälkikäsittelyä ja tulostamista/käyttämistä muuten. Ohjeessa esitetyt komennot, menut, parametrit jne. saattavat olla Org. kem. osaston laitteille räätälöityjä, joten niitä ei voi välttämättä suoraan käyttää muissa spektrometreissä. Tässä ohjeessa ei varsinaisesti käsitellä laitteiston tai työasemien käyttämistä, NMR:n teoriaa tai esimerkiksi solariksen/unixin perusteita. NMR-työasemien käyttöön tehdyt yleiset ohjeet löytyvät tyoasemien viereisiltä pöydiltä, ja unix järjestelmien peruskäyttöön on olemassa loistavia kirjoja, esim. Learning the Unix Operating System, 5th Edition, Todino, Grace, Peek, Jerry, Strang, John. O'reilly NMR-laitteisto Orgaanisen kemian laboratoriolla on käytössään kaksi Varianin modernia NMRspektrometriä, jotka toimivat 300MHz ja 500MHz:n taajuudella. 300MHz:n laite on suunnattu rutiinikäyttöön, kun taas 500MHz:n laite on suunnattu tutkimuskäyttöön. Opiskelijoiden mittaukset suoritetaan pääsääntöisesti 300 MHz:n laitteella. NMR-laitteisto koostuu pääosin seuraavista osista: magneetti, probe, NMR-konsoli ja NMR-työasema. Kaaviokuva NMR-spektrometristä:

5 Näyteputki Magneetin konsoli OXFORD Probe Magneetti UNITY INOVA Sun Konsolitietokone NMR-työasema Karkea kaavakuva NMR-laitteiston komponenteista ja yhteyksistä. Nuolet komponenttien välillä tarkoittavat yhteyttä laitteiden välillä, joka voi olla puhdas informaatiolinkki (työasema ja konsolitietokone lähiverkkoyhteydessä) tai esim. suora RF-signaalin syöttö kaapelin läpi (konsoli ja magneetti/probe). Huomaa, että 300MHz spektrometrissä konsolitietokone on pienempi, ja magneettikonsolin funktiot on integroitu magneettiin itseensä ja konsolitietokoneeseen. NMR-työasema NMR-työasema on kone jota tavallinen käyttäjä pääosin käyttää. Työasema on Sun:in valmistama tavallinen unix-tyoasema, jossa Varianin VNMR-ohjelmisto toimii. Kone

6 on kiinni printterissä ja muissa työasemissa lähiverkon avulla. Kone on kiinni myös omassa NMR-konsolissaan erillisellä verkkokortilla, jonka välityksellä se ohjaa sen toimintoja. Kone ei ole suoraan kiinni internetissä tai yliopiston sisäverkossa, vaan omassa NMR-sisäverkossa. NMR-verkossa on kuitenkin koneita, jotka ovat kiinni yliopiston sisäverkossa. Näitä koneita käyttämällä esim. spektrejä voi siirtää muualle. NMR-konsoli NMR-konsoli (NMR-system console, accuisition computer) on kompleksi joka sisältää tietokoneen, vahvistimia, AD-muuntimia ja radiolähettimiä. Fyysisesti tämä näyttää isohkolta kaapilta, johon risteilee muutamia johtoja. Konsolin erikoisvalmisteinen tietokone ohjaa lähettimiä, probea, spinneriä ja magneettia kokonaisuudessaan. Tietokone toimii myös eräänlaisena puskurina, sillä normaali työasema ei pysty käsittelemään informaatiota, reagoimaan tapahtumiin ja ohjaamaan lähettimiä, vastaanottimia jne. riittävän nopeasti. Konsolin välittämä raaka informaatio siirtyy verkon kautta työasemalle missä se tallennetaan jatkokäsittelyä varten. Probe ja magneetti Magneetti on jättimäisen lääkekapselin näköinen metalliesine, jonka alapuolella probe on kiinni. Magneetti on ns. suprajohdemagneetti, jossa nestemäisellä typellä ja heliumilla jäähdytetyssä kelassa kiertävä suurehko virta aiheuttaa voimakkaan (useita tesloja) magneetikentän. Probe (mittapää) ja magneetti ovat erillisiä komponentteja, vaikkakin näyttävät olevan yhdessä. Probe sisältää kelat jolla RF-pulssit luodaan ja niiden vasteet kuunnellaan, ts. toimii antennina. On olemassa erilaisia probeja, jotka poikkeavat ominaisuuksiltaan ja sopivuudeltaan esim. protoni (vety, 1 H) tai hiilispektrien ( 13 C) ajamiseen. VNMR ohjelmisto Käynnistys VNMR on Varianin toimittama ohjelmisto jolla spektrometrejä ohjataan. Ohjelmisto käynnistetään sisäänkirjautumisen jälkeen konsolissa komennolla Vn tai klikkaamalla CDE:ssä alhaalla olevasta menusta VNMR-ikonia (ks. tarkempi esittely käyttöliittymästä).

7 Yleiskuva käyttöliittymästä työskentelyn aikana Käyttöliittymän Yleisesittely Komentorivi-ikkuna Status-ikkuna (acquisition window) Grafiikkaikkuna Teksti-ikkuna Käyttöliittymän ikkunat VNMR:n käynnistysnappi

8 Käynnistymisen jälkeen pääsemme VNMR:n päänäyttöön joka koostuu neljästä pääikkunasta: komentorivi-ikkuna jossa komentorivi ja menu (valikko) grafiikkaikkuna teksti-ikkuna status-ikkuna (acquisition window). lisäksi on myös acqi-ikkuna (acquisition interactive) sekä temperature-ikkuna, jotka näkyvät silloin kun niitä käytetään. Komentorivi-ikkuna Komentorivi-ikkuna sisältää kolme osiota (ylhäältä alas) statustilan, komentorivin ja menun. Tämä ikkuna sisältää siis kaksi tapaa komentaa ohjelmistoa: menun, josta nappeja valittaessa ohjelma saa komentoja, sekä komentorivin, johon voidaan kirjoittaa mitä tahansa komentoja. Statustila Komentorivi Komentorivi-ikkuna Menu Statustilaan tulee viestejä komentojen suorituksesta, mahdollisesti virheilmoituksia ja esim. kysytyt parametriarvot. Komentorivi on kaikkein tehokkain liityntä VNMR-ohjelmistoon, ja sillä voidaan kontrolloida käytännössä kaikkia ohjelmiston komponentteja. Komentoriville kirjoitetaan tekstimuotoisia komentoja, joille voidaan antaa parametrejä. Komentorivillä voidaan myös esimerkiksi kysyä minkä tahansa ajoparametrin arvoa. Menu on suoraan komentorivin alapuolella. Menussa on kaksi riviä nappeja, joista ylemmät pysyvät samoina ja alemmat vaihtuvat tehtyjen valintojen pohjalta. Alarivillä voi olla myös niin paljon valintoja, että viimeisenä näkyy more näppäin, josta tulee esille seuraavat mahdolliset valinnat. Painamalla ylärivin main menu -nappia saadaan alariville aina sama valikon juuri. Grafiikkaikkuna Grafiikkaikkunassa nimensä mukaisesti esitetään kaikki graafisessa muodossa esitettävät asiat: Spektrit, pulssisarjat jne. Ikkunassa tehdään myös suuri osa spektrin jälkikäsittelyä ja valmistellaan se tulostamista tai muuta käyttöä varten: vaiheistus, piikkien integrointi jne. Myös tiedostojen lataus ja tallennus sekä tiedostopuussa

9 navigointi hoidetaan tämän ikkunan avulla, käyttäen apuna menusta löytyviä komentoja. Grafiikkaikkuna Teksti-ikkuna Teksti-ikkuna sisältää lähinnä tietoa vnmr-ohjelmiston ja senhetkisen kokeen asetuksista. Oikealta puolelta voidaan valita mitä näyttöä teksti-ikkuna näyttää. Statusikkuna Statusikkuna antaa reaaliaikaisen tiedon siitä mitä spektrometri tekee tällä hetkellä. Ikkuna sisältää myös tietoa spektrin ajamisen, magneetin, spinnerin ja konsolin tilasta. Vnmr ei ole sidottu spektrin ajamiseen, vaan ohjelmalla voi esimerkiksi käsitellä toista spektriä samaan aikaan. Statusikkuna

10 Ohjelmiston rakenne Kokeet, fidit VNMR sisältää sisäisiä työtiloja, joita kutsutaan kokeiksi (experiment). Koe sisältää ajon parametrit ja viimeksi ajetun spektrin. Kokeita voi olla rajoittamaton määrä, ja niitä voi tuhota ja luoda lisää. Kokeen numero ei sinänsä vaikuta millään tavalla spektrin ajamiseen/parametreihin. Se on vain tyhjä työtila. Usein kuitenkin koetta yksi (exp1) käytetään esim. protonispektrin ajamiseen ja koetta kaksi (exp2) hiilispektrin. Kukin koe sisältää tietyt parametrit, joilla määrätään mitä spektrometri tekee kun spektrin mittaus aloitetaan. Parametrejä voidaan muuttaa monella tapaa: Painamalla menusta nappia, ajamalla makro, kirjoittamalla kometoriville parametrin arvo jne. Riippumatta siitä millä menetelmällä parametrejä on muokattu, tulos on aina sama. ts. toimintojen (menu, komennot, makrot) vaikutus perustuu lopulta aina vain ja ainoastaan parametrien muuttamiseen, joiden muuttuminen aiheuttaa jonkun vaikutuksen. Vain parametrien arvot määräävät miten spektri ajetaan. Ei ole siis mitään merkitystä vaihdetaanko esim. liuotinparametri kirjoittamalla komentoriville komento vai painamalla menusta sopivaa nappia. Menun yksittäinen nappi voi kuitenkin suorittaa makroja tai joitain muita monimutkaisempia komentosarjoja, jotka voivat muuttaa useampia parametrejä samalla kertaa jollain monimutkaisemmalla logiikalla. Kuitenkin jokainen menun toiminto on mahdollista suorittaa komentorivikomennolla tai komentosarjalla. Spektrin mukana säilyy aina sen ajamiseen tarvitut parametrit, eli jos saat ajettua hyvän spektrin, voit käyttää sen parametreja pohjana, ja ladata ko. spektrin ensin VNMR-ohjelmaan, ja ajaa sitten uuden spektrin (joka ajon jälkeen tietysti tallennetaan eri nimellä). Huomaa, että vaikka shimmit sisältyvät ajoparametreihin, ne eivät mene laitteistolle, ellei sitä erikseen käsketä (komennot load= y su). Koe sisältää siis myös tilan johon spektri talletetaan kun se tulee spektrometriltä. Jos spektriä ei talleteta ennen kuin uusi spektri mitataan samassa työtilassa (experimentissä, esim exp1), se häviää (mitatun spektrin päälle kirjoitetaan uusi). Spektrometriltä tuleva data talletetaan fid-muodossa, joka sisältää raakana vasteen pulssille (pulssisarjalle) sekä ajoparametrit. Tämä tieto ei ole siis fourier-muunnettu, ja sen mielekkääseen tarkastelemiseen tarvitaan aina vähintään fourier-muunnos, sekä mahdollisesti faasausta, integrointia jne.. Spektrin ajaminen HUOM: Pystytä aina haluttu koe ja lämpötila ENNEN näytteen laittamista magneettiin. Näin varmistat, ettei näytteesi esim. kiehahda taivaan tuuliin/magneettiin, jos edellinen käyttäjä on mitannut sinua ennen korkeassa lämpötilassa. On suositeltavaa, että AINA ensimmäisenä laitetaan pystyyn 1 H spektrin mittaus ja haluttu lämpötila, jolloin lähettimille ei myöskään mene virtaa, ja esim spektrometrin kaapeloinnin muuttaminen on turvallista!!!

11 Viittaukset menuun, komentoriviin ja grafiikkaikkunaan Seuraavissa ohjeissa viitataan useasti komentorivikomentoihin, menuvalintoihin ja grafiikkaikkunaan. Viittaukset on pyritty tekemään yhdenmukaisesti, ja ne noudattavat seuraavia merkintätapoja: Komentorivillä tarkoitetaan komentorivi-ikkunan komentoriviä. Komentoriville annettavat komennot on merkattu seuraavalla tavalla: # komento('parametri') selitys: selitys Huomaa, ettei selitys eikä merkkiä # ole tarkoitus kirjoittaa komentoriville. Selityksessä on esim. kerrottu mistä sanoista komento on lyhennys, joka auttaa muistamaan komennon helpommin. # taas kuvaa komentokehotetta. Komento kirjoitetaan sellaisenaan, ja suoritetaan painamalla Enter-näppäintä. Menulla tarkoitetaan statusikkunan valikoita, ja niiden käyttäminen on merkitty seuraavasti: nappi 1 > nappi 2 > nappi 3 joista usein ensimmäinen on nappi on ylärivin main menu, jolloin ei ole väliä missä tilassa menu on, kun valitseminen aloitetaan. Seuraavassa ohjeessa myös oletetaan, että perusasiat ovat kunnossa: spektrometriltä on varattu aika, spektrometrissä ei ole mitään erikoisempia konfigurointeja, näyte on valmistettu oikein, työasemaan on päästy sisälle ja VNMR on käynnissä jne. Kokeen pystytys: Koe, ydin, liuotin ja perusparametrien asetus Valitaan työtilaksi koe, tässä esimerkissä numero yksi. Tällä ei ole sinänsä väliä, mutta jos ajetaan vaikka monta samantapaista hiili ja protonispektriä samassa liuottimessa, on hyödyllistä käyttää kahta työtilaa jossa on valmiit asetukset. Annetaan siis komento # jexp1 selitys: join experiment 1, eli mennään kokeeseen numero 1 jossa experimentin numero (=1) on halutun kokeen numero. Seuraavaksi valitaan perusparametrit ja shimmit kokeen pohjaksi. Menuun on tehty valmiiksi omat napit, joista lataus onnistuu. Valinta suoritetaan menun kautta valisemalla esim. vakiokoe main menu > setup > omat kokeet > H1+CDCl3 tai esim. main menu > setup > omat kokeet > HSQC Mikäli et valinnut valmista ydin-liuotin paria (esim. H1+CDCl3), menusta valitaan seuraavaksi vielä liuotin. Menusta voi myös valita vaihtoehdon ydin+liuoitin, jolloin valitaan ensin ydin ja seuraavaksi luotin. Valinnan jälkeen ohjelma lataa

12 perusparametrit, jotka näkyvät alhaalla teksti-ikkunassa. Liuotinta voi myös aina vaihtaa komentoriviltä. Nykyisen liuottimen saa kysyttyä kirjoittamalla komentoriville yksinkertaisesti # solvent? Selitys: kerro parametrin solvent arvo, ts. Mikä on valittu liuotin? Jonka jälkeen vnmr vastaa esimerkiksi solvent='dmso' Liuotinta voi tarvittaessa muuttaa antamalla ohjelmalle yksinkertaisen komenon: # solvent='cdcl3' Selitys: Vaihdetaan liuottimeksi deuterokloroformi. Liuottimen tilalla voi olla tietysti jotain muutakin kuten 'Acetone', 'D2O' tai mikätahansa muu ydin, liuotin -menussa olevita liuottimista. Huomaa että komennossa pitää olla hipsut sekä oikeinkirjoitetut isot ja pienet kirjaimet. Lisäksi on hyvä asettaa muutamia yleisiä parametreja. Seuraavat parametrit on kuitenkin valmiiksi asetettu omat-kokeet latauksen yhteydessä, joten mikäli olet käyttänyt sitä, sinun ei tarvitse niitä enää muuttaa. (voit siis hypätä suoraan lämpötilan säätöön) Jos kuitenkin käytät jotain muuta systeemiä, kuten ohjelman mukana tulevaa nucleus, solvent -menua, tiedät todenäköisesti mitä teet, mutta on silti suositeltavaa käyttää seuraavia asetuksia : # wshim=n alock=n gain=20 nt=1 load='y' su Selitys: otetaan automaattinen lukitus (alock='n') ja shimmaus (wshim='n') pois päältä, säädetään vastaanotetun signaalin vahvistukseksi 20 (gain=20) ja laitetaan pulssien lukumääräksi 1 (nt=1), ladataan shimmit nykyisestä kokeesta (load='y'), ja lopuksi lähetetään parametrit spektrometrin konsolille (su). Lopuksi tarkistetaan ja tarvittaessa asetetaan näytetilan lämpötila komennolla: # temp Selitys: Temperature, eli avaa lämpötilan kontrolli. VNMR avaa uuden ikkunan, josta lämpötilaa voi muuttaa. Lämpötilan tulee olla esim. 27 C, ellei ole tarkoitus tehdä jotain erikoisempaa, jolloin muutenkin tiedät mitä olet tekemässä. Säädön/tarkistuksen jälkeen painetaan ikkunasta close nappia. Nyt laite on valmiina uutta näytettä varten.

13 Lämpötila-ikkuna Näytteen valmistelu Näyte viedään spektrometriin vihreällä pidikkeellä, jota kutsutaan spinneriksi. Mitattava näyte asetetaan spinnerin reikään, ja näytteen korkeus mitataan oikeaksi käyttäen avuksi keltaista metallista asetinta. Asetin huolehtii siitä, että näyte olisi sopivassa kohdassa magneettikenttää. M itattava alue Spinneri, näytteen asetin ja molemmat yhdessä näytteen kanssa Tämän jälkeen tarkistetaan, ettei spektrometrissä ole näytettä. Annetaan komentoriville komento: # e Selitys: eject, eli poista näyte magneetista. Laite puhaltaa nyt ilmaa ja vanha näyte tulee mahdollisesti ulos. Vaikkei näytettä olisikaan, komento tarvitaan, jotta uusi näyte voidaan asettaa syntyvän ilmatyynyn päälle.

14 Muista ottaa kaikki metalliset esineet pois taskustasi, ennenkuin menet magneetin lähelle. Näyte spinnereineen asetetaan magneetin päällä olevaan putkeen (keskellä, se josta ilma virtaa), jolloin se jää spinnerin varassa kellumaan ilmatyynyn varaan. Kokeile siis varovaisesti, että ilmatyyny todella kantaa ennenkuin päästät otteesi irti. Talon paineilman paine voi aina oikkuilla! Seuraavaksi komentoriville annetaan komento: # i Selitys: insert, eli laita näyte magneettiin. jolloin näyte tippuu paineilmalla spektrometrin sisälle. (magneetin suunnalta kuuluu myös pieni kolahdus, kun näyte laskeutuu spinnerin varaan) Acqi ja lukko Lukitsemien tarkoittaa sitä, että spektrometri laitetaan taustalla mittaamaan näytteen liuottimen deuterium ( 2 H) spektriä. Kun laite seuraa deuteriumin signaalin taajuutta, se pystyy (jossakin määrin) kompensoimaan ulkopuolisten häiriöiden aiheuttamia vaihteluita näytteen kokemassa magneettikentässä, ts. spektriviivat pysyvät pitkänkin mittauksen aikana yhdellä taajuudella, eikä pitkään kestävä mittaus aiheuta spektriviivojen leventymistä. Lukkosignaalia käytetään hyväksi myös magneettikentän homogeenisuuden säädössä, eli shimmauksessa. Sekä lukitseminen että shimmaus tehdään acqi-ohjelman avulla, joka on vnmr-ohjelman eräs aliohjelma. Käynnistetään akvisitio-ikkuna (acquisition window) komennolla # acqi selitys: acquisition interactive, ts. Interaktiivinen säätö. tai vaihtoehtoisesti painamalla menusta yläriviltä acqi-nappia. Huom: Nappia ei välttämättä ole, jos acqi ei ole päällä, jolloin on pakko antaa komentorivikomento.

15 Valitaan acqi-ikkunan ylimmistä napeista lock, jolloin päästään lukitsemisnäyttöön. Hieman tätä alempaa, juuri auenneesta näytöstä valitaan lukko pois päältä: lock > off Valitaan aluksi lukon gainiksi (=vastaanotetun signaalin vahvistus, lockgain ) koneen sallima maksimi arvo, (esim. 60, riippuu spektrometristä) sekä lukon tehoksi n. 20 ( lockpower, eli lukon lähettimen teho). Kaikki napit toimivat seuraavasti: hiiren oikean napin klikkaus kasvattaa ja vasen heikentää ko. arvoa napissa mainitun luvun verran. Pienemmät napit ovat siis tarkoitettu hienosäätöön ja isommat nopeampaan liikkumiseen. Myös liukukytkimiin voi koskea, mutta se tuottaa usein hyvin karkean muutoksen. Näetkö signaalin vai et? Jos edessäsi on tasainen (kohinainen) viiva (ks. Kuva 2.1), niin et näe deuteriumin signaalia. Tällöin voit kokeilla lukon lähettimen tehon kasvattamista tai pienentämistä (Jos tehoa on liian vähän, ei signaali erotu kohinasta, mutta myös jos tehoa on liikaa, niin signaali voi kyllästyä, jolloin sitä ei myöskään näy!) Kuva 2.1, Eipä näy lukkosigaalia tässä! Jos et löydä signaalia tehon säädöillä; kerrataan pari asiaa: - Teithän näytteen deuteroituun liuottimeen? - Onhan näyte laskeutunut magneettiin? (= ei roiku jumissa magneetin yläosassa)

16 - Onhan näyte ehjä? (=nosta ylös ja tarkasta) - Jos kaikki edellä on kunnossa, niin voit kokeilla muuttaa myös Z0-shimmin asetusta, jolloin sinun pitäisi viimeistään nähdä merkkejä joko porraskäyrästä, tai siniaallosta. - Jos muutat parametrejä liian nopeasti, niin kone ei ehdi reagoida (deuterium-ytimellä on varsin pitkä relaksaatioaika!), jolloin et myöskään saa lukkosignaalia näkyviin. Odota parametrin muuttamisen jälkeen aina muutamia sekunteja, ennenkuin hätiköit eteenpän. Nopeudellasi saat yleensä vain laitteen jumiin, kun se yrittää epätoivoisesti seurata nopeasti muuttuvia komentojasi. Jos näet näytössä joko siniaallon muotoisen signaalin (kuva 2.2), tai portaan muotoisen signaalin (kuva 2.3), ovat lukon tehon ja vahvistuksen säädöt alustavasti kohdallaan, ja pääset jatkamaan tästä eteenpäin. Tämä signaali (lukkosignaali) on deuterium spektrin FID! (Free Induction Decay). Jos näet porraskäyrän, etene kuvan 2.3 (porraskäyräkuvan) alapuolella olevaan tekstiin. Kuva 2.2, Lukkosignaali silloin kun Z0 vielä kaipaa säätämistä.

17 Jos lukkosignaali on siniaallon muotoinen, niin näet sigaalin, mutta näytteen kokema magneettikenttä kaipaa säätämistä. Näytteen kokemaa magneettikenttää (=deuteriumin signaalin taajuutta) säädetään muuttamalla shimmiä Z0. Muuta Z0:n arvo sellaiseksi, että näet kuvassa 2.3 olevan signaalin. Huomaa, että voit joutua pienentämään lukon tehoa, jos siniaalto menee kokonaan tai osittain ikkunan ulkopuolelle ylä- ja/tai alalaidastaan. Kuva 2.3, Lukkosignaali silloin kun myös Z0 on kohdallaan. Lukkosignaali on siis kunnossa, kun lukossa fid-näytössä näkyy nollatasosta nouseva suora viiva, (eli sinaalto, jonka taajuus on 0). Tämän jälkeen voidaan laittaa lukko päälle ikkunan yläreunasta lock > on Lukon taso näkyy kohdassa lock level. Mikäli se kasvaa yli sadan, tulee tehoa (lockpower) tai gainia tiputtaa. Huomaa, että kaikki vnmr:n tehot ovat desibeliyksiköissä, teho kasvaa siis eksponentiaalisesti, eikä lineaarisesti. Kolmen yksikön ero vastaa tehon tuplaantumista (tai puolittumista).

18 Tämän jälkeen tulee vielä optimoida lukon vastaanottimen vaihe (lockphase). Tavoitteena jälleen saada mahdollisimman suuri lukon taso (ts. Lähettimen ja vastaaottimen vaiheet ovat samat). Jos lukko kaiken tämän jälkeen alkaa lähestyä sataa, palautetaan sen arvo välille tehoja (ja gainia, jos teho on jo pieni) pienentämällä. Tämän jälkeen voimme siirtyä shimmaamiseen. Acqi ja shimmaus Shimmaus tarkoittaa näytteen kokeman magneettikentän homogeenisuuden säätämistä. Shimmien arvot vaikuttavat varsinaisen suprajohtavan magneetin sisäpuolelle rakennettujen pienien (sähkö)kelojen tuottamiin magneettikenttiin. Näiden avulla magneettikenttä voidaan säätää homogeeniseksi. Shimmaus tapahtuu säätämällä lukkosignaalin taso mahdollisimman suureksi muuttamalla shimmien arvoja. Lukkosignaali mittaa deuterium-signaalin intensiteettiä, joten sitä voidaan käyttää magneetikentän homogeenisuuden säädössä hyväksi, ts. mitä homogeenisempi magneettikenttä, sen kapeampi ja intensiivisempi signaali. Shimmaus tapahtuu seuraavasti: Ensiksi valitaan acqi-ikkunasta shim, ja säädetään shimmit Z1 ja Z2. Tavoitteena on saada locklevel (lukkosignaalin taso) mahdollisimman korkeaksi. Muista että lukkosignaalin taso on suhteellinen luku, sen kasvaminen on toki hyvä asia, mutta sillä onko lukko lopulta 50 vai 80, ei ole mitään merkitystä. Jos lukkosignaalin taso kasvaa yli näytön >100, käy pienentämässä lukon tehoa (ja tarvittaessa gainia). Muuta vuoronperään Z1 ja Z2 shimmejä aina siihen suuntaan, mistä löydät paremman lukkosignaalin tason. Sen jälkeen optimoi vielä uudelleen lockphase. Ja vielä uudelleen Z1 ja Z2 shimmien arvot (kaikki shimmit vaikuttavat myös lukkosignaalin vaiheeseen!) Käytännössä on hyvä pitää lukkosignaalin tasona esim säätöjen aikana (säädä lukon tehoa ja gainia vastaavasti). Kuvassa 2.4 on esitetty shimmausikkuna. Eri shimmeihin pääset käsiksi valikon avulla (nuoli). Hiiren vaseman näppäimen painallus siirtää sinut aina seuraavaan valikkoon, oikea näppäin avaa taulukon, jossa näkyvät kaikki eri shimmausvalikot. Kaikki shimmit periaatteessa vaikuttavat toisiinsa, joten varsinkin jos säädetään jotain eksoottisempia shimmejä, tulisi muut shimmaukset jälleen tarkistaa. Shimmien monimutkaisen riippuvuuden voi oppia vain pitkäjänteisellä harjoittelulla ja lisälukemisella, ja pitkälle vietynä se alkaa muistuttaa enemmänkin taidetta :)

19 Näyttää lukon arvon graafisesti yhdestä sataan Näyttää jokaisen kymmenen lukkoarvoa Vaihtaa shimmisettiä Muuttaa shimmin Z2 arvoa +/- 4, klikkauksesta riippuen (muut vastaavasti) Kuva 2.4, Akvisitioikkunan shimmausnäyttö. Kun olet saanut Z1 ja Z2 shimmit säädetyksi, on aika ajaa ensimmäinen spektri. Muitakin shimmejä kuin Z1 ja Z2 voi toki säätää, mutta tämä riittää yleensä. Yleensä suuret muutokset siellä ja täällä saattavat helpostikkin tuhota magneettikentän totaalisesti ja homma on aloitettava alusta (Ts. aloitusshimmeillä). Huomaa, että X ja Y -shimmit (ja niiden yhdistelmät) vaikuttavat magneettikentän homogeenisuuteen XY-tasossa. Näitä shimmattaessa näytteen pyöritys on oltava pois päältä: Ts. spin > off (tai sitten spin-valikosta nopeudeksi = 0) Yksi tapa testata X- ja Y- shimmien toimivuutta on laittaa spinneri väliaikaisesti päälle

20 (lukkonäytöstä, spinnerillä täytyy olla joku arvo, esim 20Hz). Jos spinnerin kytkeminen parantaa lukkosignaalin tasoa n yksikköä, shimmit ovat tarpeeksi hyvät yksikön muutos osoittaa jo melko huonoja X- tai Y- shimmejä. Spektrin varsinainen ajaminen Spektri ajetaan kirjoittamalla komentoriville komento: # ga selitys: go automatic, eli aja spektri ja fourier-muunna se. Sama lopputulos saadaan komentamalla: # go selitys: aja spektri go-komennolla. # wft f selitys: weighted fourier transform, eli painota spektri painotusfunktiolla ja Fourier-muunna se (wft). Ota koko spektrialue käyttöön (f). Spektrin pitäisi ilmestyä ajon jälkeen grafiikkaikkunaan. Spektrin kiinnostava osa voidaan välittömästi määrittää klikkaamalla hiiren vasemmalla napilla haluttua vasenta rajaa ja oikealla oikeaa rajaa. Tämän jälkeen voidaan valita menusta expand, jolloin spektristä zoomataan näkyviin vain kiinnostava osuus. Oletusarvona spektrit ajetaan yhdellä toistolla (nt=1). Jos halutaan parempi signaalikohinasuhde, voidaan toistojen (scanien) määrää nostaa, esim. nt=4, nt=8, nt=16, nt=32...jne. Komento on siis esim: # nt=16 ga selitys: number of transients = 16 go! Kun spektri on kerätty (voit seurata ajon etenemistä status-ikkunasta): # wft f Spektrin vaiheistus Tämän jälkeen spektri pitää vaiheistaa (phase). Vaiheistuksessa kahden eri vastaanottimen signaalit vaiheistetaan keskenään. Vaiheistusta on kahdenlaista, ensimmäisen kertaluvun (tässä tapauksessa right phase) ja toisen kertaluvun (tässä tapauksessa left phase). Ensimmäisen kertaluvun vaiheistus on taajuusriippumatonta ja vaikuttaa koko spektriin samalla tavalla, toisen kertaluvun on taajuusriippuvaista.

21 Kuva 2.5, yleiskuva vaiheistuksesta, (oikeanpuolinen, RP) vaiheistus käynnissä Kun ensimmäisen kertaluvun (right phase) vaihetta muutetaan, muuttuu näytössä näkyvä rp -arvo. Kun toisen kertaluvun (left phase) vaihetta muutetaan, muuttuvat molemmat luvut. Jos olet koskenut vasempaan vaiheeseen, joudutaan oikeaakin muutettaessa muuttamaan molempia. Tämä on huono asia, joten vaiheistus kannattaa suorittaa oikeassa järjestyksessä ja aloittaa alusta, mikäli se ei oikeassa järjestyksessä (oikea, vasen) suoritettuna kerralla onnistu. Ennen omaa vaiheistusta voi kokeilla automaattista vaiheistusta, joka suoritetaan komennolla: # aph //autophase Spektristä riippuen tämä voi onnistua hyvin tai olla onnistumatta ollenkaan. Käsin vaiheistus suoritetaan seuraavin vaihein, kannattaa katsoa aluksi myös kuvasarja vaihiestuksesta (kuvat ) 1. Valitaan menusta phase 2. Etsitään spektrin mahdollisimman oikeasta laidasta hyvä piikki. Spektri kannattaa tässä vaiheessa olla zoomattu (expand) niin, että enää spektrin relevantit osat ovat kuvassa.

22 3. Right phase: Painetaan oikeanpuolinen hiiren nappi pohjaan valitun piikin kohdalla, ja liikutetaan hiirtä pystysuunnassa kunnes vaihe on kohdallaan. Jos vaihe ei mene kohdalleen yhdellä kertaa, otetaan kiinni pystysuunnassa toisesta kohdasta, ja jatketaan vaiheistusta. (Kuva 2.6) 4. Left phase: Kun right phase on kohdallaan, otetaan vastaavasti spektrissä mahdollisimman vasemmalla sijaitseva piikki, ja suoritetaan vaiheistus samalla tavalla, käyttäen hiiren vasenta nappia. (Kuva 2.7) 5. Vaiheistus pitäisi olla nyt oikein. Tarkistetaan spektri ja suoritetaan vaiheistus tarvittaessa uudestaan. Jos spektri päätetään vaiheistetaa uudestaan, pitää menusta valita phase uudestaan, jotta vaiheistus nollautuu. Tämä siksi, ettei left phase pääse vaikuttamaan right phaseen, samasta syystä on myös erityisen tärkeää suorittaa vaiheistus aina tässä järjestyksessä. (Kuva 2.8) 6. Vaiheistuksesta pääset pois komennolla ds. # ds selitys: display, eli näytä spektri. Kuva 2.6, oikeanpuolinen vaiheistus käynnissä spektrissä, jonka vaihe on pahasti metsässä

23 Kuva 2.7, Vasemmanpuoleinen vaiheistus käynnissä spektrissä, oikeanpuolinen vaihe on kohdallaan. Kuva 2.8, Vasemmanpuoleinen vaiheistus on valmis, spektri alkaa näyttää hyvältä. Integrointi ja muu käsittely ppm skaalan spektriin saa komentamalla: # ds dscale selitys: näytä spektri (ds) ja näytä asteikko (dscale) Voit referoida spektriasteikon viemällä kursorin haluamasi spektriviivan kohdalle ja antamalla komennon:

24 # rl(7.27p) selitys: reference line, jonka arvo on 7.27 ppm, jos käytetään esim deuterokloroformin jäännössignaalia referenssinä. Vastaavasti TMS:lle rl(0p). Integrointi suoritetaan valitsemalla menusta komento part int > (näyttää integraalin) ja Resets > (asettaa integroimisrajat) jonka jälkeen klikataan spektrissä järjestyksessä ne kohdat jossa integrointi aloitetaan ja lopetetaan. Tarvittaessa integroinnin aloitus- ja lopetuskohdat voi nollata komennolla: # cz selitys: clear zeroes, eli nollaa spektrin integroinnin resetoinnit. Integrointinapista painaessa sen tekstinä pyörivät kolme vaihtoehtoa, part. Integral, Full Integral, no integral. Napissa lukeva teksti ilmoittaa tilan joka tulee kun napista painetaan. Siis esim. Part. integral tilassa napissa ei lue part. integral, vain seuraava tila (full integral).

25 Nopeahkosti integroitu spektri Integraalien arvot saa näkyviin komentamalla: # vp=12 selitys: vertical position = 12, eli nosta spektrin nollataso korkeammalle. (Joka nostaa spektriä jotta numerot mahtuvat) # dpirn selitys: display partial integral numbers normalized, eli näytä normalisoidut integraalin arvot (parametri ins määrää, mihin arvoon integraalit normalisoidaan, eli jos molekyylissäsi on esim. 10 protonia, voi olla hyödyllistä asettaa ins=10). Komento näyttää numerot normalisoituna, vastaavasti komento dpir ilman normalisointia. Tarvittaessa integrointirajat voi tuhota komentamalla: # cz selitys: clear zeroes, eli nollaa integrointirajat.

26 Ja aloittaa integrointi uudestaan. Nimeäminen ja tulostus Spektrin voi nimetä komentamalla # ctext text('nimi') selitys: caption text, eli liitä spektriin tekstitiedosto. Tarvittaessa tekstin voi tyhjentää komennolla ctext. Nimi näkyy tulostettaessa, mikä helpottaa spektrin yhdistämistä mitattuun aineeseen :) Tulostaminen onnistuu esimerkiksi komennolla: # pl pscale ppa pirn page jossa kaikki paitsi pl ja page ovat valinnaisia. Komennoilla on seuraavat merkitykset: pl = plot, tulosta pscale = ppm scale, tulosta ppm skaala pirn = partial integral numbers, tulosta integraalinumerot ppa = plot paramaters, tulostaa lyhyet tiedot ajosta. Vaihtoehtona pap, joka tulostaa pitkät tiedot. Jos kumpaakaan ei ole annettu, tulostuvat keskipitkät tiedot. page = aloita tulostus lyhyempi versio komennosta voi siis olla vaikka: # pl pscale page Tallentaminen Spektrin tallennetaan valitsemalla menusta main menu > file > setdir > home jolloin päästään omaan kotihakemistoon. Kotihakemistossa on data -niminen linkki datahakemistoon, jonne kaiki spektrit on tarkoitus laittaa. Hakemisto sijaitsee fyysisesti palvelinkoneella, ja siellä on runsaasti tilaa. Valitaan grafiikkaikkunasta data ja menusta change > datahakemistoon voi luoda hakemistoja komentamalla # mkdir('omanimi') Tämä ei ole pakollista, mutta esim. opiskelija tunnusta käytettäessä on hyvä luoda datahakemistoon vaikka omalla nimellä varustettu hakemisto, missä pitää kaikki omat spektrinsä. Varsinainen tallennus tapahtuu komennolla

27 # svf('nimi') selitys: save file, ts. Tallenna spektri nimellä ''nimi''. Jossa nimi on tietysti kuvaava nimi spektrin sisällöstä. Huomaa, että svf-komento tallentaa spektrin siihen hakemistoon, missä olet komennon antaessasi! Muuta Käsitteitä Lukko Spektrometrin lukittuminen deuteriumin signaaliin, jonka liikkuessa se voi päättellä magneettikenttän muutoksista näytteen ympärillä, ja ottaa tämän mitatessa huomioon. Shimmaus Magneettikentän homogenisoiminen näytteen ympärillä. Suprajohtavan magneetin lisäksi NMR magneetissa on lukuisia keloja joilla voidaan hienosäätää magneettikenttä mahdollisimman tasaiseksi. Komentoja Yleisiä rakenteita # m='a' asettaa muuttujan m arvon a:ksi. # m? tulostaa (kertoo) muuttujan m arvon. Yleisiä komentoja acqi acquire interactive, käynnistää ikkunan jossa säädetään lukko ja shimmit aph autophase, automaattinen vaiheistus ctext text('nimi') captiontext, asettaa spektrille nimen (ei tiedostonimi), joka näkyy esim tulosteessa cz poistaa integrointirajat dscale display scale, näyttää ppm asteikon e eject, poistaa näytteen spektrometristä

28 ga go i mittaa spektrin ja fouriermuuntaa sen mittaa spektrin insert, asettaa näytteen pl page plot, tulostaa sivun, lisäkomentoina myös pscale, pirn jne. rts('shim') retrieve shims, lataa nimellä shim tallennetut shimmit. Jos et saa aikaan hyvää spektriä, kannattaa kokeilla ladata shimmit, joiden nimi on trash, nämä ovat IK:n tallentamia, suheellisen toimivia shimmejä. Ts. Voit kirjoittaa esim: rts('trash') load='y' su svs('shim') save shims, eli tallenna nykyiset shimmit. svf('nimi') tallettaa spektrin nykyiseen työhakemistoon nimellä nimi. --