Nukleární magnetická rezonance uhlíku-13 (13C NMR nebo uhlíková NMR) je druh NMR spektroskopie, kde je cílovým nuklidem uhlík-13 (13C); jedná se o obdobu protonové (1H) NMR – používá se ke zjišťování přítomnosti atomů uhlíku-13 v organických molekulách podobně jako protonová NMR u atomů vodíku. 13C NMR detekuje pouze 13C; 12C je v NMR neaktivní. Přestože je přibližně milionkrát méně citlivá než 1H NMR, tak se 13C NMR hojně používá při zkoumání organických a organokovových sloučenin, protože dává jednodušší spektra a lépe zobrazuje rozdíly ve struktuře, čímž je vhodnější pro identifikaci molekul ve složitých směsích.
13C NMR není kvantitativní metodou, tzn. neumožňuje zjistit zastoupení jednotlivých typů uhlíkových atomů ve vzorku. Je to způsobeno tím, že jaderný Overhauserův efekt zvyšuje intenzitu signálů uhlíkových atomů, na které se váže více vodíků více než u těch, které jich mají navázáno méně, a také v důsledku často neúplné relaxace jader 13C (v důsledku zkrácení doby trvání experimentu) jádra s kratšími relaxačními časy vytvářejí silnější signály.
Nejrozšířenější izotop uhlíku 12C má nulový jaderný spin, není tak magneticky aktivní a nelze jej detekovat prostřednictvím NMR, 13C má spinové kvantové číslo 1/2; je ovšem méně rozšířený (1,1 %), zatímco jiná často využívaná jádra (1H, 19F, 31P) mají přirozený výskyt 100 %.
Receptivita 13C NMR má vůči uhlíku výrazně nižší citlivost než 1H NMR vůči vodíku, což způsobuje jeho nízký přirozený výskyt (1,1 %) proti 1H (>99 %) a nižší magnetický moment jádra (0,702 oproti 2,8). Gyromagnetický poměr je přibližně čtvrtinový (6,728 284.107 rad T−1 s−1).
Nízká citlivost 13C NMR přináší ovšem i výhody ohledně jaderného Overhauserova efektu, který zvyšuje intenzitu signálů jiných než kvarterních atomů 13C.
Chemické posuny Nedostatky v citlivosti u 13C NMR nahrazuje vysoká citlivost signálů na chemické okolí, v důsledku čehož mají chemické posuny velký rozsah, téměř 250 ppm. Ten je způsobený velkou náchylností jiných jader než 1H na působení excitovaných stavů; (většina signálů v 1H NMR se objevuje v rozmezí posunů 15 ppm).
Jako referenční standard (s nulovým chemickým posunem za každé teploty) se v 13C používá tetramethylsilan.
δ u 13C-NMR
Spin–spinové interakce Homonukleární spin-spinové skalární interakce se u 13C-13C běžně vyskytují pouze u vzorku se zvýšeným obsahem tohoto izotopu. Velikosti jednovazebných interakcí 1J(13C,13C) bývají 50–130 Hz, dvouvazebné 2J(13C,13C) mívají hodnoty okolo 10 Hz.
Trendy u J(1H,13C) a J(13C,13C) jsou podobné, pouze J(1H,13C) jsou v důsledku menšího magnetického momentu 13C slabší. Velikosti 1J(1H,13C) se pohybují mezi 125 a 250 Hz, u mívají hodnoty 2J(1H,13C) blízko 5 Hz a často jsou záporné.
Provedení
Citlivost V důsledku nízké receptivity má 13C NMR oproti protonové NMR několik nedostatků. K jejich překonání lze například použít relaxační činidla (paramagnetické látky), jako je acetylacetonát chromitý. Záznam 13C NMR spektra může trvat i několik hodin, zatímco u 1H NMR to bývá 1–15 minut. Jaderný dipól je slabší, rozdíl energií stavů alfa a beta čtvrtinový vůči 1H NMR. Další možností je zvýšení obsahu 13C.
Přibližně dvacetkrát lepší citlivosti (oproti klasickým sondám) lze dosáhnout chlazením elektroniky sondy plynným heliem na teploty okolo 25 K (tzv. kryosondy).
Odkazy
Reference
Související články Spektroskopie nukleární magnetické rezonance Trojrezonanční nukleární magnetická rezonance
Externí odkazy 13C NMR spektra ethylftalátu
Uhlík-13 Kategorie:Uhlík