Title NMR測定と温度管理 Author(s) - Kyoto University Research

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NMR測定と温度管理
原田, 治幸
京都大学工学研究科技術部報告集 (2011), 8: 68-80
2011-03
https://doi.org/10.14989/193631
Right
Type
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Article
publisher
Kyoto University
6. 2 NMR測定と温度管理
平 成 21年度 機 器 ・
分析技術研究会 実験実習技術研究会 i
n琉 球
(
2010.
3.
4
・5
)
NMR測定と温度管理
工学研究科技術部報告集バージョン
国立大学法人京都大学 大学院
工学研究科技術部分析 ・解析技術室
原田治幸
1
NMR測定と温度管理
1.はじめに
2. NMR装置における温度制御について
3
. サンプル温度の温度校正について
4.プローブ内温度計の製作
5
.プローブ温度の安定性問題と対策
6.室内温度の安定性問題と対策
2
6
8
1.はじめに
ヘム蛋 白質について
補欠分子族として、ヘムと呼ばれる鉄
ポルフィリン錯体を持つ蛋白質の総称で
す。
多くのへム歪白質でへム周辺が活性
中心となっています。
中心金属である鉄の電子状態がへム
近傍の磁気的環境に影響して周辺の原
子についてユニークな NMRシグナルを
与えます。
ミオグロビン
棚ι でかるの裁判、主に紺昨不全とスベタMの粧をι で~れたI
3
1 はじめに
ヘム蛋白質の常磁性シフ トスペク トル
常磁性シフトしたシグナルでは、測定中に
サンプル温度が少々変化してもスペクト
ルへの影響は小さい。
ミオグロビン CN体の 300MHzスペクトJ
レ
13
当 時 以 温 度 の 飽 / ご ほ っ た ぐ ふ っ かZ M
杢坐
6
9
￨
4
1
. はじめに
￨温度による水シグナルの化学シフト変化 ￨
30
'
C
300C
0
5C
6
'
C
C令
5.02ppm
4.76ppm
L
lO.26ppm
5.0
4.
5 ppm
.1
ロックに使用している霊水のシグナルが温度
変化により移動してしまうので、シグナルへの
影響は無視できない。
l
山 山 7伽 m 組 制 紫 シ 仇 併 に す ゲ
問題に気づかされました。
唖
5
1
. はじめに
化学シフトの基準物質
水系サンプルの基準物質としては Oppmにシグナルを
与える TSPや DSSなどが使用されます。
しかし
シトクロム
c のOppm近傍
(500MHz
スペクトル)
ヘム蛋白質のスペク トル
では Oppm付近にも複雑な
シグナルが存在するので
基準物質を使用 しないで
測定することがあります。
1
.
0
7
0
ppm
6
・
￨蛋白質の立体構造決定について ￨
E 曙書置四百胃F
蛋白質の立体構造を決定するには、まず、下に示したような二次元
スペクトルの測定を行ないます。
次にどのアミノ酸残基のどの部分のシクナルかを化学シフトを基に
帰属します。
町
n曹司
す.
町間冨賢官司彊
E哩胃冒頭割開軍軍司冒開n項目l'!IJ'JI開照明司自
E園
7
蛋 白質の立体構造決定について
町署1m間帯置震翠額事E置
帰属した化学シフトを基 l
こNOESY
スペク トルからアミノ酸残基どうし
の距離情報を収集します。
収集した距離情報を基にコンビュータ上で構造計算を実施します。
¥測定ごとにサンプル湿度が遣 うとスペクトル関の化学シフト鐙が一致せず、帰属が函媛になります。
71
8
NMR測定と温度管理
1
. はじめに
2
.NMR装置における温度制御について
3
. サンプル温度の温度校正について
4
. プローブ内温度計の製作
5.プローブ温度の安定性問題と対策
6
.室内温度の安定性問題と対策
9
2
. NMR装置における温度制御について
l温 度 セ ン サ ー は サ ン ー
温度を示してはいない。
品康管ンザー
の 品 直情 報
。
…
・.
.
ヒーヲーの制御
￨
スベヲトロメ -?ー
l
l コンソール
VT
ヱアー
10
72
NMR測定と温度管理
1.はじめに
2.NMR装置における温度制御について
3.サンプル温度の温度校正について
4
. プローブ内温度計の製作
5.プローブ温度の安定性問題と対策
6
.室内温度の安定性問題と対策
1
1
3
.サンプル温度の温度校正について
1
)メタノール (
CH30
H
)の NMRスペクトルを
観測して、 C
H3シグナルと OHシグ内ナルの
化学シフトの差分Llppmを求める 。
2
) 差分Llppmを次式に代入して計算すると
サンプル温度が得られる 。
￨T
(
K
)=
409.0-36叫 d
)-21.
85企
()
2I
11
の 実 験 リ チEιJAZZ
ダ 繍 差L叶
プローブ内温度計を作成することを考えました。
12
73
1
1
NMR測定と温度管理
1
. I~ま乙めに
2
. NMR装置における温度制御について
3
. サンプル温度の温度校正について
4
.プローブ内温度計の製作
5
. プローブ温度の安定性鶴題と対策
6
.室内温度の安定性問題と対策
1
3
4
.プローブ内温度計の製作
補強の為の
チューブ
サンプル管
2
7
.
0c
ナイロン製の
チューフ‘
o
針状の熱電対
14
74
NMR測定と温度管理
1
. はじめに
2.NMR装置における温度制御について
3
. サンプル温度の温度校正について
4.プローブ内温度計の製作
5
.プローブ温度の安定性問題と対策
6
.室内温度の安定性問題と対策
1
5
5 プローブ温度の安定性問題と対策
￨ある院生からの報告で問題が判明しました。￨
① 温度を上昇させながら数点の温度で測定した。
② 数時間かけて測定をした後、確認の為に最初の温度
に設定を戻して測定した。
③ 閉じ温度で測定したので同一のスペクトルが得られ
るはず。しかし、最初に測定したスペクトルとは各シグ
ナルの化学シフト値が一致しない。
16
7
5
5 プローブ温度の安定性問題と対策
￨以下のように現象の確認作業をしました 。￨
0
① 温度を 27Cに設定 。温度表示が設定温度を示した後
に1時間放置する 。
0
Iこ設定しなおし。温度表示が設定温度を
② 温度を 17C
示した後、メタノールを測定してサンプル温度を検証
する。
③ 測定を繰り返しサンプル温度の時間変化を追跡する 。
7
1
5 プローブ温度の安定性問題と対策
￨確認作業の結果、以下のことが判明しました 。 ￨
0
① コンソールの温度表示は設定温度 (17C)を示したま
ま変動しなかった。
0
② 最初のサンプル温度は表示温度 (17C)からずれて
いる 。
③ 時間が経過するにともなってサンプル温度が下がる。
④ 6時間かけて 50回以上の測定を繰り返したが、サン
プル温度は安定しない。
i
同時に導入した期のタイプのプローブでも同様の確認作業を行な
ドいましたが、問題の現象が生じ無いことを確認できました。
76
f
I
8
1
5 プローブ温度の安定性問題と対策
￨以下のように考えました。￨
① 温度センサーは VTエアーの温度を示していると思わ
れる 。
② VTエアーとプローブ間での熱交換の効率が低い為に
プローブの温度が安定せずサンプル温度も安定しな
いのではないか。
¥目アーの流量加して、熱交換の効率
を向上させるこヒを誌為るこヒじし志した 。
19
5
.プローブ温度の安定性問題と対策
VTヱアーの流量とサンプル位置での温度の時間変化
(
設 定 温度 170C)
18.
0
悩同問庸用保GP組超えれ λ 4V
(HF}
一一
1
7.
5
。通常現J
I
定時流量の2
倍
口 通常 i~IJ 定時流量の3倍
&通常測定時流量の 4倍
1
6
.
0
1
5
.
5
1
5
.
0
1
4
.
5
o
20
40
60
80
100
120
140
経過待問 (分)
lwFm
s倒
的ζ 托 均 一 概 倒 的 に 問
で~j;~ζ~弓7躍であ .{J~孝之 ~{;I=。
7
7
1
目
20
5 プローブ温度の安定性問題と対策
￨以下のように温度設定のプロトコルを作成しました。 ￨
① VTエアーの流量を最大に設定する。
② プローブ内温度計の温度表示が常に目標温度を示すように設
定温度を調節する。
③ VTエアーの流量を徐々に減らしていく 。
④ VTエアーが通常測定の流量になり、プローブ内温度計の温度表
示が目標温度で安定するまで② と③ の操作を繰り返し行なう 。
E
プローブ内湿度苦
R ょのプDーブの長røza て、プDープ沈温度~安定rITÆをで変身­
トても影響をほとんど受けないことが判明しました。
21
NMR測定と温度管理
1
. はじめに
2.NMR装置における温度制御について
3
. サンプル温度の温度校正について
4
. プローブ内温度計の製作
5
. プローブ温度の安定性問題と対策
6
.室内温度の安定性問題と対策
22
78
6
.室内温度の安定性問題と対策
￨新プローブの温度安定性 ￨
① 閉じタイプのプローブを新たに導入した。S
/
Nが450から 900にな
り、感度が倍に向上した。
② 新プローブではプローブ内温度は短時間で安定する 。改善さ
れているようで、
あった
③ 温度センサーの表示温度が室温の 変動に伴い変化する 。
④ プローブ、
内温度も室温変動の影響を受 けて変化する 。
{m-M
溜仰ので似踏のコ片山に
爵題があると判断しました。
1
2
3
6 室内温度の安定性問題と対策
lNMR室の温度安定性の問題￨
① NMR室の空調は老朽化しており、温度コント
ロールの精度に難がある。
② 2時間程度の測定の間でも室温の変動は S
O
c
以上あり無視できない。
24
79
6 室内温度の安定性問題と対策
￨
新しい NMR室の仕様￨
新キャンパスへの移転が予定されていたので、新しい 1
.
r
.
'
1
.
1
I
:
l
室の要求仕様を室温の安定を重点とすることにし 1
mた。
四
① マグネットのみを恒温室に入れることでコンソ-)レ、コンビュー
タなどの熱源から絶縁しました。
② 騒音源となるコンプレッサーなどを機械室にまとめた。
③ 測定室では通常のエアコン設定をして測定者の身体的負担を
軽減しました。
25
室
、 "¥.
、・
、 .
町棚 田
一
由自
q
"
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蜘
口
司
一
山旦」
司
FCC
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マグネット室
園瀧
ア
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26
ーに
8
0