SCHEMA A BLOCCHI DI UN APPARATO NMR
DETTAGLIO DI UN MAGNETE VARIAN
ESECUZIONE DI UNA MISURA NMR
1) Stabilizzazione temporale del campo: locking
2) Omogeneizzazione spaziale del campo: shimming
3) Scelta dei parametri di acquisizione
4) Acquisizione del fid ed eventuale registrazione su memoria di massa
5) Processing
6) Stampa del risultato
LOCKING
Le misure NMR richiedono, in genere, un lungo tempo di misura perché lo spettro
finale è il risultato (spettro ad accumulo) di molti spettri sommati fra loro. È chiaro,
quindi, che se gli spettri che vengono sommati fossero acquisiti a campi magnetici
differenti, le posizioni dei vari segnali cambierebbero da spettro a spettro per cui la
somma degli spettri presenterebbe molti più segnali di quelli che realmente ci sono
o, nel caso in cui gli spostamenti di frequenza fossero piccoli, si avrebbero degli
allargamenti dei segnali con conseguente perdita di risoluzione. Per ovviare a
questi inconvenienti viene utilizzato il lock system.
IL LOCK SYSTEM
Allo scopo di compensare tutte le oscillazioni di B0 (le quali sono dovute essenzialmente a
campi magnetici esterni quali onde radio, sorgenti di campi locali, oggetti metallici in
movimento…) si ricorre all’unità di lock. Essa funziona monitorando in continuo la
frequenza di risonanza del segnale del deuterio presente nel solvente utilizzato per sciogliere
la sostanza (a questo scopo vengono di norma utilizzati solventi deuterati per oltre il 99%).
Ogni variazione di tale frequenza viene interpretata dall’unità di lock come una variazione di
B0 e di conseguenza viene modificata (mediante un circuito di retroazione negativa) la
corrente che passa in una bobina (bobina di campo) parallela alla bobina superconduttrice
principale. L’interfaccia utente con il lock system è la lock display window:
FINDING LOCK
LO SHIM SYSTEM
Lo shim system è un doppio sistema di bobine il cui scopo è quello di modificare la forma originale del campo magnetico,
determinata dall’avvolgimento principale (a superconduzione) del magnete, in modo da rendere il più possibile omogeneo il
campo, nella zona occupata dal campione. Uno dei due sistemi, non manovrabile dall’operatore ma soltanto dall’istallatore
del sistema, è posto all’interno del magnete ed è immerso nell’elio liquido per cui le sue bobine sono a superconduzione.
Esso è denominato cryo-shim ed è costituito in genere da poche bobine. L’altro sistema, manovrabile dall’operatore, è
esterno al magnete (bobine a conduzione normale) ed è posizionato fra magnete e probe. Esso è costituito da parecchie
bobine (z, z2, z3, z4, z5, x, y, xy, xz, yz, xz, yz, xz2, yz2, x2-y2, x3, y3, ecc.). Ottimizzando le correnti che percorrono le bobine
di quest’ultimo sistema, l’operatore può raggiungere omogeneità molto “spinte” corrispondenti a risoluzioni di 0,2 Hz.
Questa ottimizzazione, detta shimming, è una degli elementi che maggiormente contribuiscono alla qualità degli spettri per
cui va eseguita con la massima attenzione possibile, campione per campione. Nella strumentazione più recente, dotata di
gradienti di campo magnetico e di probe con bobine per tali gradienti, lo shimming può essere eseguita automaticamente
con risultati eccellenti tramite computer (gradient shimming). L’interfaccia utente con lo shim system è la shim display
window:
MANUAL SHIMMING (PROCEDURA DI ROUTINE)
MANUAL SHIMMING (PROCEDURA AGGIUNTIVA EVENTUALE)
NOTA: le spin shims sono le z, z2, z3, z4, z5 (vanno ottimizzate a campione in rotazione),
le non-spin shims, invece, sono le x, y, xy, xz, yz, xz, yz, xz2, yz2, x2-y2, x3, y3, ecc. (che vanno
ottimizzate a campione fermo)
MANUAL SHIMMING ON THE SPECTRUM
Dopo aver shimmato sul lock, aggiustando anche la relativa fase, è conveniente lanciare un
esperimento protonico (cioè un esperimento in cui il nucleo da osservare è il protone 1H) e
controllare la forma della riga spettrale:
L’INTERFACCIA DI ACQUISIZIONE
PARAMETRI DI ACQUISIZIONE
NOTA: A,B,C, sono
detti periodi logici del
transiente
sfrq Transmitter frequency of observe nucleus (P)
Description: Contains the frequency for the observe transmitter. sfrq is automatically set when tn is changed, and it should not be
necessary for the user to manually set this parameter.
Values: Number, in MHz.
tn Nucleus for observe transmitter (P)
Description: Changing the value of tn causes a macro ( _tn ) to be executed that extracts values for sfrq and tof from lookup tables.
The tables, stored in the directory /vnmr/nuctables , are coded by atomic weights.
Values: In the lookup tables, typically given by 'H1' , 'C13' , 'P31' , etc.
at Acquisition time (P)
Description: Length of time during which each FID is acquired. Since the sampling rate is determined by the spectral width sw , the
total number of data points to be acquired ( 2* sw * at ) is automatically determined and displayed as the parameter np . at can be
entered indirectly by using the parameter np .
Values: Number, in seconds.
np Number of data points (P)
Description: Sets number of data points to be acquired. Generally, np is a dependent parameter and is calculated automatically when
sw or at is changed. If a particular number of data points is desired, np can be entered, in which case at becomes the dependent
parameter and is calculated based on sw and np .
sw Spectral width in directly detected dimension (P)
Description: Sets the total width of the spectrum to be acquired, from one end to the other. All spectra are acquired using quadrature
detection. The spectral width determines the sampling rate for data, which occurs at a rate of 2*sw points per second (actually sw
pairs of complex points per second). Note that the sampling rate itself is not entered, either directly or as its inverse (known on some
systems as the dwell time ).
Values: Number, in Hz. The range possible is based on the system:
On UNITY INOVA : 100 Hz to 500 kHz.
On M ERCURY-Vx , M ERCURY , GEMINI 2000 broadband, UNITY plus , UNITY, and VXR-S: 100 Hz to 100 kHz.
On GEMINI 2000 1 H/ 13 C: 100 Hz to 23 kHz.
On UNITY INOVA and UNITY plus with solids: up to 5 MHz.
On UNITY and VXR-S with solids: up to 2 MHz.
On UNITYplus, UNITY, VXR-S with 200-kHz option: 100 Hz to 200 kHz.
bs Block size (P)
Description: Directs the acquisition computer, as data are acquired, to periodically store a block of data on the disk, from where it can
be read by the host computer.
CAUTION: If bs='n', block size storage is disabled and data are stored on disk only at the end of the experiment. If the
experiment is aborted prior to termination, data will be lost.
Values: 1 to 32767 transients, 'n'
pw Pulse width (P)
Description: Length of the final pulse in the standard two-pulse sequence. In "normal" 1D experiments with a single pulse per
transient, this length is the observe pulse width.
Values: On systems with Data Acquisition Controller boards: 0, 0.1 to 8190 micro s, in 12.5-ns steps. On systems with Pulse
Sequence Controller or Acquisition Controller boards: 0, 0.2 to 8190 micro s, in 25-ns steps. On systems with Output boards: 0, 0.2
to 8190 micro s, in 0.1- micro s steps.
On GEMINI 2000 systems: 0, 0.2 to 4095 micro s, in 100-ns steps.
NOTA: per eccitare uniformemente tutti gli spin di una data specie, ad esempio protoni o carboni-13, è necessario che il “raggio”
dell’intervallo (-1/pw , +1/pw) sia superiore a 5 volte l’ampiezza dello spettro sw cioè deve essere rispettata la regola empirica
(1/pw) > 5 sw . Ciò implica che la lunghezza degli impulsi deve essere al massimo pari a 20 μs (anzi, meglio se minore di 10 μs ).
In caso contrario lo spettro presenterà delle distorsioni d’ampiezza e di fase inaccettabili per la maggior parte degli esperimenti. È
essenziale quindi che il trasmettitore d’impulso sia potente e ben funzionante in modo da ottenere un adeguato angolo di nutazione
del sistema di spin (che influenza direttamente l’intensità del segnale rilevato dal ricevitore durante la fase di rilassamento) nel
minor tempo possibile.
d1 First delay (P)
Description: Length of the first delay in the standard two-pulse sequence and most other pulse sequences. This delay is used to
allow recovery of magnetization back to equilibrium, if such a delay is desired.
Values: On M ERCURY series systems: 0, 0.2 micros to 150,000 sec. On GEMINI 2000 systems: 0 to 4095 sec, smallest value
possible is 0.2 micro s, finest increment possible is 0.1 micro s. On systems with a Data Acquisition Controller board: 0 to 8190 sec,
smallest value possible is 0.1 micro s, finest increment possible is 12.5 ns. On systems with a Pulse Sequence Controller or
Acquisition Controller board: 0 to 8190 sec, smallest value possible is 0.2 micro s, finest increment possible is 25 ns. On systems
with an Output board: 0 to 8190 sec, smallest value possible is 0.2 micro s, finest increment possible is 0.1 micro s. (Refer to the
acquire statement in the manual VNMR User Programming for a description of these boards.)
tof Frequency offset for observe transmitter (P)
Description: Controls the exact positioning of the transmitter. As the value assigned to tof increases, the transmitter moves to a
higher frequency (toward the left side of the spectrum). The minimum step size of tof is determined by the type of rf hardware in the
spectrometer. The limit is specified using the Step Size label in the CONFIG window (opened from config , implicitly set for M
ERCURY-Vx , M ERCURY , and GEMINI 2000 systems). Systems with broadband style rf ( rftype ='b' ) generally have 100-Hz
resolution; all other systems have 0.1 Hz resolution.
Values: Approximate, depends on frequency. On GEMINI 2000 1 H/ 13 C systems:
-50000 to 50000, in Hz ( 1 H has 0.0795... Hz step size, 13 C has 19.... Hz step size); on other systems: -100000 to 100000, in Hz.
nt Number of transients (P)
Description: Sets the number of transients to be acquired (i.e., the number of repetitions or scans performed to make up the
experiment or FID).
Values: 1 to 1e9 (for M ERCURY-Vx and M ERCURY , the hardware limits nt to 16e6). For an indefinite acquisition, set nt to a very
large number such as 1e9.
dof Frequency offset for first decoupler (P)
Description: Controls the frequency offset of the first decoupler. Higher numbers move the decoupler to higher frequency
(toward the left side of the spectrum). The frequency accuracy of the decoupler offset is generally 0.0745 Hz on GEMINI
2000 systems and 0.1 Hz on other systems. The value is specified in the config program.
Values: On GEMINI 2000 systems, -50000 to 50000 Hz, in steps of 0.0745 Hz.
On systems other than the GEMINI 2000 , -100000 to 100000 Hz (approximate, depends on frequency), in steps of 0.1 Hz.
dm Decoupler mode for first decoupler (P)
Description: Determines the state of first decoupler during different status periods within a pulse sequence (refer to the
manual VNMR User Programming for a discussion of status periods). Pulse sequences may require one, two, three, or more
different decoupler states. The number of letters that make up the dm parameter vary appropriately, with each letter
representing a status period (e.g., dm='yny' or dm='ns' ). If the decoupler status is constant for the entire pulse sequence, it
can be entered as a single letter (e.g., dm='n' ).
Values: 'n' , 'y' , 'a' , or 's' (or a combination of these values), where:
'n' specifies no decoupler rf.
'y' specifies the asynchronous mode. In this mode, the decoupler rf is gated on and modulation is started at a random places
in the modulation sequence.
'a' specifies the asynchronous mode, the same as 'y' . The 'a' value is not available on M ERCURY series and GEMINI 2000
systems.
's' specifies the synchronous mode in which the decoupler rf is gated on and modulation is started at the beginning of the
modulation sequence. This value has meaning only on UNITY INOVA and UNITY plus systems. On UNITY and VXR-S
systems it is equivalent to 'y' . The 's' value is not available on M ERCURY series and GEMINI 2000 .
dlp Decoupler low-power control with class C amplifier (P)
Applicability: Systems with a class C amplifier.
Description: On GEMINI 2000 1H/13C systems, dlp controls the proton homodecoupler power level, if present.
On GEMINI 2000 broadband systems with a relay switching version of the RF Control board, dlp has no meaning (refer to
the description of the parameter attens for information on RF Control boards).
On GEMINI 2000 broadband systems with a diode switching version of RF Control board, dlp controls a fine attenuator over
a range of approximately 14 dB. In line with this attenuator is a coarse attenuator controlled by dpwr and pplvl . Unless fine
control is necessary, dlp=1023 (maximum power) is recommended. dlp affects pulse and CW decoupler power; therefore, it
affects both the γH2 of the 90 ° decoupler pulse and dmf .
On systems other than GEMINI 2000 , dlp controls the decoupler power level for systems with a class C decoupler amplifier
in the low-power mode, generally used for homonuclear decoupling. dlp specifies dB of attenuation of the decoupler, below a
nominal 1 watt value. dlp is active only if dhp='n' .
On systems with a decoupler linear amplifier , dlp is nonfunctional and dpwr controls decoupler power.
Values: On GEMINI 2000 1H/13C systems, 0 to 2047 in arbitrary units (2047 is full power). On GEMINI 2000 broadband
systems with the diode switching version of the RF Control board, 0 to 1023 in arbitrary units (1023 is full power). On
systems other than the GEMINI 2000 , 0 to 39 (in dB of attenuation, 0 is maximum power).
ACQUISIZIONE E REGISTRAZIONE
NOTA: è possibile selezionare i periodi logici durante i quali tenere acceso o spento il disaccoppiatore. Ad esempio dm=‘yyn’
potrebbe servire (caso omonucleare) in un esperimento di presaturazione del solvente. Il parametro dlp viene usato per regolare la
potenza del disaccoppiatore mentre il comando sd “setta” la frequenza del disaccoppiatore sul valore corrente del cursore cr
E’ anche possibile “settare” direttamente la temperatura, ad esempio col comando
temp=‘100’. Il comando temp=‘n’, invece, disabilita il controllo della temperatura.
Ovviamente è possibile che su alcuni apparecchi il dispositivo di regolazione della
temperatura consenta unicamente il “riscaldamento” del campione (rispetto alla
temperatura ambiente) e non anche il suo raffreddamento. I dispositivi di
raffreddamento, infatti, sono in genere abbastanza complessi e richiedono dispositivi e
materiali “problematici” quali generatori di azoto, frigoriferi, azoto liquido ecc.
NOTA: entrambe le macro vanno precedute dal comando su che carica i parametri di acquisizione precedentemente impostati. È
anche possibile “accodare” due o più esperimenti, utilizzando le diverse “finestre” disponibili, che assegnano un “numero” ad ogni
esperimento. Per passare da una finestra ad un’altra (e, quindi, da un esperimento ad un altro) si utilizza il comando “jexp”. Ad
esempio, supponendo che la finestra corrente è la prima (quindi l’esperimento attivo è l’esperimento 1) il comando jexp3 consente
di “passare” all’esperimento 3 (anche se l’esperimento 1 è ancora in acquisizione). L’esperimento attivo (cioè quello corrente) “si
vede” dalla finestra di stato mentre l’esperimento che “sta andando” si vede dalla finestra di acquisizione. La possibilità di usare
contemporaneamente finestre diverse è molto comoda. Rende possibile, ad esempio, processare o stampare un esperimento
mentre un altro esperimento è ancora in acquisizione o, ad esempio, mandare un esperimento pilota non disaccoppiato e
preparare un esperimento disaccoppiato da far partire al termine dell’esperimento pilota.
NOTA: il comando time restituisce la durata dell’esperimento (tenuto conto dei parametri di acquisizione scelti)
Fully automatic phasing is provided with the aph command
COMANDI DI VISUALIZZAZIONE E STAMPA
vsadj: visualizza la visuale ottimale
f: visualizza lo spettro su tutta la scala
fp: fissa la fase dello spettro
dpf: etichetta i picchi che stanno al di sopra di una linea orizzontale regolabile (threshold)
dscale: visualizza la scala
dpirn: visualizza le etichette degli integrali
axis=‘h’ visualizza la scala e le etichette in hertz (axis=‘p’ rimette la visualizzazione in ppm)
pltext(‘titolo’) predispone la stampa di un titolo
pl: predispone la stampa della linea del grafico
ppf: predispone la stampa delle etichette dei picchi
pscale: predispone la stampa della scala (tenendo conto del valore corrente della variabile axis)
pirn: predispone la stampa delle etichette degli integrali
page: invia l’output di stampa (tenendo conto delle varie predisposizioni) alla stampante
È possibile calibrare lo spettro utilizzando il cursore (riga singola verticale rossa) ed il tasto ref