核磁共振儀器介紹

核磁共振波譜儀劉業(yè)業(yè)第一頁，共二十一頁。核磁共振波譜儀的原理發(fā)展歷程.基本分類與組成.連續(xù)波和脈沖波譜儀.儀器介紹.主要內(nèi)容第二頁，共二十一頁。1.核磁共振波譜儀原理NMR是指在靜磁場中的物質(zhì)的原子核系統(tǒng)受到相應(yīng)頻率的電磁波的作用時(shí)，在它們的磁極之間發(fā)生的共振躍遷現(xiàn)象。1核磁共振譜儀正是用來檢測固定能級狀態(tài)之間電磁躍遷的設(shè)備。

原子核進(jìn)動頻率與外加磁場的關(guān)系是：W0=γΒ0=2πv0γ：磁旋比，是原子核所特有特征第三頁，共二十一頁。1994年1964年1971年1979-1991年1953年世界上第一臺NMR譜儀由美國瓦里安公司研制成功（B=0.7T,V=30MHz）日本（JEOL)公司生產(chǎn)出世界上第一臺脈沖傅里葉變換NMR譜儀（B=2.35T,V=100MHz）德國布魯克公司推出全數(shù)字化NMR譜儀美國瓦里安公司研制出世界第一臺超導(dǎo)NMR譜儀（B=4.7T,V=200MHz）德國布魯克公司分別率先推出500、600、750MHz超導(dǎo)譜儀瓦里安公司推出了數(shù)字化、智能化程度更高的VarianNMRSystem。

布魯克公司推出了具有第二代數(shù)字接收機(jī)的AVANCEⅡ新系列。2009年2005年布魯克公司推出AVANCEⅢ系列，頻率突破1GHz2005年2.核磁共振譜儀發(fā)展歷程2第四頁，共二十一頁。3.譜儀分類及基本組件3永磁、電磁、超導(dǎo)磁體譜儀連續(xù)、分時(shí)、脈沖譜儀高分辨液體、固體、微成像譜儀現(xiàn)在，一般按照NMR波譜儀試驗(yàn)中射頻場的施加方式，分為兩大類：連續(xù)波NMR譜儀（CW-NMR)。脈沖NMR譜儀（PFT-NMR)。脈沖傅里葉變換波譜儀由于快速、靈敏等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)代主要NMR譜儀幻燈片6第五頁，共二十一頁。超導(dǎo)磁體：鈮鈦或鈮錫合金等超導(dǎo)材料制備的超導(dǎo)線圈；開始時(shí)，大電流一次性勵(lì)磁后，閉合線圈，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，長年保持不變；溫度升高，“失超”；重新勵(lì)磁。

在低溫4K，處于超導(dǎo)狀態(tài)；磁場強(qiáng)度>100kG超導(dǎo)核磁共振波譜儀：

200-400HMz；可高達(dá)600-900HMz；第六頁，共二十一頁。3.譜儀基本組件

磁體產(chǎn)生靜磁場；核自旋體系發(fā)生能級分裂；

射頻源激發(fā)核磁能級之間的躍遷；

接收機(jī)接受微弱的NMR信號，放大變成電信號；勻場線圈調(diào)整靜磁場的均勻性，提高譜儀的分辨率；

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制譜儀，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和處理；核磁共振波譜儀基本組成5

探頭NMR信號檢測器，是譜儀的核心部件；第七頁，共二十一頁。4.連續(xù)波NMR譜儀原理：把射頻場連續(xù)不斷的施加到試樣上，發(fā)射的是單一頻率，得到一條共振譜線。可通過掃場和掃頻兩種方式實(shí)現(xiàn)，掃場：V不變，改變B。掃頻：B不變，改變V。實(shí)驗(yàn)室多用掃場法。特點(diǎn)：時(shí)間長，通常全掃描時(shí)間為200-300秒。靈敏度低、所需樣品量大，對一些難以得到的樣品，無法進(jìn)行NMR分析。6第八頁，共二十一頁。5.脈沖傅里葉變換NMR譜儀特點(diǎn)：靈敏度高（是100倍），測量速度快，一般1H-NMR測量累加10-20次，需時(shí)60s左右樣品量少。原理：恒定磁場，使用一個(gè)強(qiáng)而短的射頻脈沖照射樣品，感應(yīng)電流信號經(jīng)過傅立葉變換獲得一般核磁共振譜圖。環(huán)己烯的13C譜7第九頁，共二十一頁。分辨率穩(wěn)定性靈敏度表征波譜儀辨別兩個(gè)相鄰共振信號的能力，以最小頻率間隔Iv1-v2I表示。頻率穩(wěn)定性：通過連續(xù)記錄相隔一定時(shí)間的兩次掃描，測量其誤差；分辨率穩(wěn)定性：通過觀察峰寬隨時(shí)間變化的速率來測量的；靈敏度表征了波譜儀檢測弱信號的能力，他取決于電路中隨機(jī)噪聲的漲落，一般定義為信號對噪聲之比，即信噪比。波譜儀的三大技術(shù)指標(biāo)優(yōu)化：提高磁場本身空間分布的均勻性、用旋轉(zhuǎn)式樣方法平均磁場分布均勻。優(yōu)化：提高磁感應(yīng)強(qiáng)度、應(yīng)用雙共振技術(shù)、信號累加等可以提高靈敏度。8第十頁，共二十一頁。6.核磁分析的一般步驟1.核磁管的準(zhǔn)備選擇合適規(guī)格的核磁管，確保清洗干凈、烘干。

2.樣品溶液的配制選擇合適的溶劑，控制好樣品溶液濃度。3.測試前勻場處理將核磁管裝入儀器，使之旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行勻場。4.樣品掃描按樣品分子量大小，選擇合適的掃描次數(shù)。5.結(jié)果分析保存數(shù)據(jù)，采用專用軟件進(jìn)行圖譜分析。9第十一頁，共二十一頁。7.儀器實(shí)例介紹德國布魯克公司10第十二頁，共二十一頁。獨(dú)特的焊接技術(shù)促成最低的漂移率，外部干擾抑制(EDS)可以屏蔽掉高達(dá)99%的外部磁場干擾。由于尺寸更小、重量更輕，易于安放，降低了對房間高度的要求Avance1000是布魯克公司2009年11月

成功安裝的世界上第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)腔、高穩(wěn)定性的1GHzNMR持續(xù)超導(dǎo)磁體。磁場強(qiáng)度為23.5T。US2的漏磁非常小，不會受振動或熱學(xué)環(huán)境變化的影響。減少液氮的蒸發(fā)NMRSuperconductingMagnets（超導(dǎo)磁體）US2AscendAscendAeonAvance100011第十三頁，共二十一頁。應(yīng)用最廣泛的探頭正向&反向?qū)拵В˙B)包括19F1H&19F去耦全自動調(diào)諧高靈敏度12SmartProbe常溫探頭超低溫探頭系統(tǒng)T=20KCryoprobeProdigy探頭寬頻探頭（31P-15N)正向&反向全自動調(diào)諧理想的中低場探頭使用液氮制冷成本低，體積小探頭第十四頁，共二十一頁。Fourier300NMR譜儀為化學(xué)教育和化學(xué)分析的所有普通應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)型NMR.具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、分辨率優(yōu)、成本低等特點(diǎn)。13第十五頁，共二十一頁。AVANCEIII光譜儀圍繞先進(jìn)的數(shù)字概念設(shè)計(jì)，憑借高度模塊化和可擴(kuò)展發(fā)送器與接收器通道結(jié)構(gòu)，提供最佳途徑，實(shí)現(xiàn)最高速度的RF生成和數(shù)據(jù)獲取。技術(shù)細(xì)節(jié)：先進(jìn)RF和高速數(shù)據(jù)獲取，最低事件時(shí)間為25毫微秒數(shù)字鎖技術(shù)使實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性優(yōu)異SmartVT和Smartcooler溫度控制系統(tǒng)HPLNA實(shí)現(xiàn)最佳敏感度和最低擾動AVANCEⅢNMR譜儀14第十六頁，共二十一頁。AdvanceIIIHDNanoBayAdvanceTIIIHDNanoBay,equippedwithCryoProbeProdigyandautosamplerSampleXpres是迄今為止集成程度最高的先進(jìn)NMR光譜儀。高效率、高品質(zhì)，適用于各種常規(guī)和研究應(yīng)用領(lǐng)域。技術(shù)細(xì)節(jié)：易于安放，適合放入小型分析實(shí)驗(yàn)室包含Ascend?磁技術(shù)自動取樣系統(tǒng)等直觀的常規(guī)用戶界面TopSpin?15第十七頁，共二十一頁。

最新軟件TopSpinTM:集測試、數(shù)據(jù)處理及結(jié)構(gòu)模擬等功能。16第十八頁，共二十一頁。商用固態(tài)DNP-NMR系統(tǒng)（特點(diǎn)：Bruker的263和395GHzDNP-NMR光譜儀是世界上首批商用固態(tài)DNP-NMR系統(tǒng)。這兩款光譜儀擴(kuò)大了DNP固態(tài)NMR實(shí)驗(yàn)的范圍。提高生物分子NMR敏感度，令固態(tài)NMR的敏感度提高多達(dá)80。技術(shù)細(xì)節(jié)：263GHz固態(tài)DNP光譜儀25W263GHz回旋管9.7T回旋管磁體，帶超導(dǎo)炮線圈控制系統(tǒng)硬件和軟件、電源和冷卻網(wǎng)絡(luò)263GHz微波波導(dǎo)線，從回旋管傳輸?shù)絅MR樣品低溫MAS探頭，帶內(nèi)建波導(dǎo)和冷壓氣體供應(yīng)17第十九頁，共二十一頁。SampleMail核磁共振譜儀具有樣品裝取方便的優(yōu)