NMR 測試技術(shù)

1、核磁共振技術(shù)簡介NMR原理研究對象：I0的核自旋量子數(shù)實(shí)例 0126C、168O、3216S無自旋，沒有磁矩，不產(chǎn)生共振無自旋，沒有磁矩，不產(chǎn)生共振吸收吸收半整數(shù) 11H、136C、199F、3115P電荷均勻分布表面，核磁共振譜電荷均勻分布表面，核磁共振譜線窄線窄整數(shù)21H、105B 、14N電荷分布不均勻，共振吸收復(fù)雜，電荷分布不均勻，共振吸收復(fù)雜，研究應(yīng)用較少研究應(yīng)用較少4 NMR 原理 自旋量子數(shù)不為零的原子核，在外加靜磁場B0中，除了自旋外還將繞B0運(yùn)動，這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動軸的擺動，稱為進(jìn)動。進(jìn)動具有能量，也具有一定的頻率 進(jìn)動有頻率 0， 產(chǎn)生角速度0； 0 = 20

2、 = B0NMR原理 在靜磁場中，通過一定頻率的電磁波輻射樣品，當(dāng)輻射能量等于磁核能級差時磁核將吸收能量實(shí)現(xiàn)躍遷。E = hB0/2=h =B0/2B0 = 9.4 T: 15N = 40.5 MHz 13C = 100.6 MHz 1H = 400.1 MHz1H19F31P13C15N109Ag 根據(jù)玻爾茲曼定律，受激態(tài)磁核與低能級磁核保持一定比例的平衡。受激態(tài)高能級磁核，失去能量回到低能級磁核的非輻射過程，稱為弛豫。縱向縱向（自旋-晶格） 弛豫弛豫T1: :受激態(tài)高能級磁核將受激態(tài)高能級磁核將能量傳遞給周圍的介能量傳遞給周圍的介質(zhì)粒子，自身回復(fù)到質(zhì)粒子，自身回復(fù)到低能磁核的過程。低能磁核

3、的過程。 12低能級 高能級 21 根據(jù)玻爾茲曼定律，受激態(tài)磁核與低能級磁核保持一定比例的平衡。受激態(tài)高能級磁核，失去能量回到低能級磁核的非輻射過程，稱為弛豫。橫向橫向( (自旋自旋- -自旋）自旋）弛豫弛豫T2: : 受激態(tài)高能級磁受激態(tài)高能級磁核將能量傳遞給同種核將能量傳遞給同種低能級磁核，自身回低能級磁核，自身回到低能級磁核的過程。到低能級磁核的過程。 高能級 低能級 高能級 低能級 1212NMR原理B0MB0MRF 脈沖脈沖接收器接收器ReceiverS(t)FTS( )核磁共振譜圖核磁共振譜圖Dr. Detlef Moskau, AVANCE 1D/2D Course.儀器組成HP

4、PRProbeConsole核磁管的使用規(guī)格規(guī)格：常用5mm NMR tube，微量樣品可以選3、2.5、1.7mm樣品量樣品量：0.50.6ml（5-mm tube）放置位置：放置位置：樣品中心線與量規(guī)中心的橫線對齊溶劑選擇：溶劑選擇：溶劑需含氘 溶解度較大、溶劑信號不能與樣品信號重疊、合適的粘度、低成本儀器操作靜磁場的強(qiáng)度并不是完全不變的，儀器上通過不間斷地測量一參照信號(氘代溶劑的共振信號)并與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較. 如果出現(xiàn)偏差,則此差值被反饋到磁體并通過增加或減少輔助線圈(Z0)的電流來進(jìn)行矯正. 2DLockTXLockRXLockfreq.Z0-coilLock鎖場是解決磁場強(qiáng)度隨時

5、間變化的問題鎖場是解決磁場強(qiáng)度隨時間變化的問題Tuning and matching tuning 調(diào)節(jié)探頭電路使得探頭線圈 電路的阻抗與發(fā)射脈沖功率的阻抗相同以接受全部功率。 matching 射頻線圈共振頻率與觀測核進(jìn)動頻率一致，提高信噪比。超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的靜磁場在樣品圓柱體體積內(nèi)的分布是不均勻的，整個樣品體積內(nèi)的磁化率不同也會造成磁場的不均勻。儀器上通過在樣品周圍安裝多個不同位置的線圈，通過改變線圈中電流的大小與方向，用這些線圈產(chǎn)生的附加磁場的大小來補(bǔ)償超導(dǎo)線圈磁場的不均勻。Shim勻場是解決靜磁場隨空間位置變化的問題勻場是解決靜磁場隨空間位置變化的問題NMR 信號通常包含許多共振頻率及振

6、輻.為能更好的描述NMR信號, 我們一般使用16 或18 bit ADC. 增益值(RG)應(yīng)被調(diào)節(jié)到一適當(dāng)?shù)闹?既能充分利用又不至于使接收器過飽和.RG 太低RG 太高RG 適當(dāng)16RGNMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)13C NMR1. 天然豐度低：1.1%，弛豫時間長，13C的靈敏度要比1H低約6000倍。2. 1H對13C的偶合十分明顯，包括1JCH, 2JCH, 3JCH, 使圖譜變得復(fù)雜，導(dǎo)致各種峰的重疊，靈敏度 因此實(shí)際上我們通常使用的13C譜是質(zhì)子去耦譜。（主要技術(shù)：質(zhì)子去耦，偏共振去耦）NMR常用實(shí)驗(yàn)C構(gòu)成化合物的骨架，因而C譜能夠提供結(jié)構(gòu)鑒定的重要信息有多種不同的方法來觀測13C譜，DE

7、PT（無畸變極化轉(zhuǎn)移增強(qiáng)技術(shù)），可以區(qū)分C的級數(shù)（伯、仲、叔、季）。DEPT 135 CH、CH3正吸收信號,CH2為負(fù)吸收信號。DEPT 45除季C外，所有碳核都有正吸收信號DEPT 90僅有CH信號，且為正吸收NMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)常見二維核磁譜常見二維核磁譜1 1H H1 1H COSY H COSY 2 2鍵或鍵或3 3鍵質(zhì)子耦合鍵質(zhì)子耦合1 1H HX HMQCX HMQC，HSQCHSQC通過質(zhì)子觀察通過質(zhì)子觀察1 1鍵異核耦合鍵異核耦合1 1H HX HMBCX HMBC通過質(zhì)子觀察通過質(zhì)子觀察2 2或或3 3鍵異核耦合，多用于鍵異核耦合，多用于1313C C1 1H H1 1H NOEH NOE差譜差譜空間上接近質(zhì)子之間的耦合空間上接近質(zhì)子之間的耦合NMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)-HSQCHSQCHS