NMR基礎知識簡介

NMR基礎知識簡介2023年2月4日2

化學結構鑒定天然產物化學有機合成化學

動態(tài)過程的研究

反應動力學研究平衡過程（化學平衡或構象平衡）

三維結構研究

蛋白質

DNA.蛋白/DNA復合物多糖

藥物設計

NMR研究構效關系（SAR）

醫(yī)學

－磁共振成像（MRI）NMR的應用領域2023年2月4日3樣品:

非磁性及非導電靈敏度:

樣品需含?1015

原子核

溶液固體Solids成像NMRNMR樣品要求2023年2月4日4NMR譜圖包含的信息Information:Larmor頻率 原子核化學位移: 結構測定(功能團)J-偶合:

結構測定(原子的相關性)偶極偶合: 結構測定(空間位置關系)弛豫:

動力學

1H13CCH3>C=CH-HHCCCHHHHDJHHHCJCHC>C=C<CH32023年2月4日5吸收（或發(fā)射）光譜，檢測分子中某種原子核對射頻的吸收。

只有自旋量子數(shù)（I）不為零的核才有NMR信號

質量數(shù)和原子序數(shù)都為偶數(shù)I=0(12C,16O)

質量數(shù)為偶數(shù)，原子序數(shù)為奇數(shù)I=整數(shù)(14N,2H,10B)

質量數(shù)為奇數(shù)I=半整數(shù)(1H,13C,15N,31P)

原子核的自旋態(tài)是量子化的:

m=I,(I-1),(I-2),…,-I

m

為磁量子數(shù).NMR背景2023年2月4日6

對于

1H,13C,15N,31P（生物相關的核）:

m=1/2,-1/2

這表明這些核只有兩種狀態(tài)（能級）.

原子核另一個重要的參數(shù)是磁矩（m）:

m=gIh/2p

磁矩是一個矢量，它給出了“原子核磁體”的方向和大?。◤姸龋?/p>

h

為普朗克常數(shù)

g

為旋磁比,不同的原子核具有不同的旋磁比.

不同的原子核具有不同的磁矩NMR背景2023年2月4日7

在基態(tài)下核自旋是無序的，

彼此之間沒有能量差。它們的能態(tài)是簡并的:

由于原子核具有核磁矩，當外加一個強磁場時（Bo）,核磁矩的取向會與外磁場平行或反平行:

取向與外磁場平行核的數(shù)目總是比取向反平行的核稍多.Bo=gh/4p磁場的作用

（對

I=?）2023年2月4日8

當外加一個磁場時，取向與外磁場（Bo）平行和反平行的核之間會有能量差:

每個能級都有不同的布居數(shù)（N）,

布居數(shù)的差別與能量差有關遵守Boltzmman分布: Na/Nb=eDE/kT

400

MHz（Bo

=9.5T）下的1H，能量差為3.8x10-5Kcal/mol Na/Nb

=1.000064

與UV或IR相比，布居數(shù)的差別很小。Bo=0Bo>0DE=hnab能量和布居數(shù)2023年2月4日9

原子核的能量（對于一個核自旋）與核磁矩和外加磁場的大小成正比:E=-m

.

Bo

E(up)=ghBo

/4p---E(down)=-ghBo

/4p

DE=ghBo

/2p

這個能量的差就是每個核可以吸收的能量（與信號的強度和靈敏度直接相關）:

磁體的磁場越強

（大的Bo），NMR譜儀的靈敏度就越高。

具有較大g值的核，吸收或發(fā)射的能量就越大，也就越靈敏。靈敏度與m、

Na-Nb及“線圈的磁通量”都成正比，這三者都與

g成正比，所以靈敏度與g3成正比。

如果考慮同位素的天然豐度,13C(~1%)的靈敏度要比1H低上6400倍。g13C=6,728rad/G

g1H=26,753rad/G僅僅是

g

的原因

，1H的靈敏度就大約是13C的64倍能量和靈敏度2023年2月4日10

能量與頻率是相關的，我們可以作一些簡單的數(shù)學變換：

DE=hn

n=gBo

/2p

DE=ghBo/2p

對于1H來說，在通常的磁體中(2.35-18.6T),其共振的頻率在100-800MHz之間。對13C,是其頻率的1/4。

在解釋有些NMR原理時,我們需要用到圓周運動。

對于描述圓周運動Hz并不是一個好的單位。我們把進動（或Larmor

）頻率定義為

w:

w

=

2pn

wo

=gBo

（弧度）10-10 10-8

10-6

10-4

10-2

100

102

wavelength(cm)

g-rays

x-rays

UV

VIS

IR

m-wave

radio能量和頻率2023年2月4日11

wo與什么樣的進動相關呢?有一個現(xiàn)象我們還沒涉及，它就是自旋角動量

l,所有的核都具有自旋角動量。

我們可以粗略的認為核繞著自己的z軸旋轉。如果核磁矩m不為零，它就是一個旋轉的原子磁體。

如果我們外加一個強磁場

Bo,磁矩

m

與

Bo

相互作用會產生一個扭力。不論磁矩

m

的初始取向如何，他都將傾向與

Bo平行。lBoBoor...mm進動和旋轉的陀螺2023年2月4日12

由于自旋角動量

l

的原因，磁矩為

m

的核會自旋,因此兩個力會同時作用在它上面，一個力把它拉向

Bo方向，另一個使它保持自旋。最終結果是

m繞著

Bo進動。

理解進動最好的辦法是想象一個旋轉的陀螺在重力作用下的運動情景。

核磁矩

m

繞著Bo進動的頻率與從能級差值計算所得的頻率是相等的。

雖然這兩個頻率沒有明顯的聯(lián)系，但是由嚴格的量子力學推導也可以得到這一結論。

有些現(xiàn)象對于經典NMR模型來說可以把它們看作一個黑匣子。Bowom進動2023年2月4日13

宏觀磁化矢量

Mo,與布居數(shù)的差（Na–Nb）成正比，它是所有核磁矩m

共同作用的結果

我們可以把每一個小磁矩

m

分為在

z

軸和

<xy>

平面上兩個分量。

<xy>

平面上分量的取向是隨即的，彼此相互抵消。對于z方向分量的和即為宏觀磁化矢量。它與Na–Nb成正比。

在實際的樣品中討論宏觀磁化矢量更復合實際情況，所以在后面的部分中我們將使用宏觀磁化矢量來描述。

m

和

Mo之間有一個很重要的不同點。前者是量子化的，只能有兩個狀態(tài)（a

或

b），后者是對于所有自旋而言的，它具有連續(xù)的狀態(tài)數(shù)目。MoyxzxyzBoBo宏觀磁化矢量2023年2月4日14

NMR激發(fā)需要核自旋體系吸收能量。能量的來源是一個由變化的電場所產生的振蕩的射頻電磁輻射。MozxiB1

=C*cos(wot)B1Transmittercoil(y)yBoNMR激發(fā)2023年2月4日15RF脈沖核磁信號只能在核磁化矢量位于XY平面時才能被檢測到.使用與原子核Larmor頻率相同無線電射頻即可將M從Z-軸轉向X-或Y-軸.MMrf+M當觀測信號時,RF脈沖是處于關閉狀態(tài).NMR信號是在毫伏(microvolts)而RF脈沖是在千伏kilovolts.2023年2月4日16

前面我們已經介紹了脈沖，下面我們來看看脈沖的作用原理。射頻脈沖是頻率為wo的連續(xù)波（cosine）與階梯函數(shù)的組合結果。

這是脈沖在時間域的形狀。通過對其進行FT變換，我們可以分它在頻率域的覆蓋范圍。

對其進行FT的結果是一個中心位于

wo，兩邊覆蓋一定頻率寬度的信號。其覆蓋的頻率寬度與tp成反比：f1/t.*=tpFTwo脈沖2023年2月4日17

脈沖的寬度不只和其覆蓋的頻率范圍有關，它還表明外加射頻場B1的作用時間。因此，它就是外加扭力對宏觀磁化矢量Mo的作用時間。

特定傾倒角脈沖的寬度也儀器本身有關（B1），我們習慣上以脈沖使宏觀磁化矢量傾倒的角度來標識脈沖。所以我們常見的脈沖有

p/4、p

/2

和

p

脈沖。zxMxyyzxyMoB1qttpqt=g*tp*B1脈沖寬度和傾倒角2023年2月4日18

最常用的脈沖是p

/2脈沖，它使磁化矢量完全傾倒到

<xy>平面：

p

脈沖也很重要，它使得自旋體系的布居數(shù)反轉。

原則上講我們可以得到任意角度的脈沖。zxMxyyzxyMop/2zx-MoyzxyMop一些常用的脈沖2023年2月4日19通過RF脈沖的照射，磁化矢量將以RF脈沖的照射方向為軸在垂直于RF脈沖的照射方向的平面內轉動。如使用X-脈沖則磁化矢量將圍繞X-軸方向在YZ平面內轉動。

-只要RF脈沖打開，則磁化矢量的轉動就不會停止。-磁化矢量的轉動速度取決于脈沖強度。-脈沖長度將決定磁化矢量停止的位置。Mrfxyz45o90o180o270o360oRF脈沖2023年2月4日2090o

或p/2脈沖將給出最大的信號，所以也就成為準確測定此參數(shù)的原因之一。在特定的功率強度下，通過采集一系列不同脈沖長度的譜圖以確定最大值或零強度點。此點就給出90o或180o的脈沖。在BRUKER儀器，RF脈沖一般以pn(e.g.p1)等參數(shù)來描述其標準單位是微秒(ms)。功率強度是以pln，(e.g.pl1)等參數(shù)來描述其標準單位是dB。MrfxyzPulselength90180270360RF脈沖2023年2月4日21信號接收MB0接受/發(fā)射線圈經過脈沖照射后，磁化矢量被轉到XY平面上并繞Z-軸旋轉。由于此轉動切割了接受器的線圈，并在接受器的線圈中產生振蕩電流。其頻率就是Larmor頻率。

在NMR中，接收線圈與發(fā)射線圈是同一線圈。信號首先被送到前置放大器然后送到接收器。接收器分解此信號使之頻率降低到聲頻范圍。模擬數(shù)字轉換器將此信號數(shù)字化。Vt2023年2月4日22

Nyquist原理表明采樣的速度至少要是最快的信號（頻率最高）的兩倍。

如果采樣的速度是信號頻率的兩倍，我們就可以清楚的記錄這一頻率的信號。

如果采樣速率降低一半，我們就只能得到頻率為真實頻率?的信號。這些信號會折疊回我們的譜中，相位會與其它的峰不同。這種現(xiàn)象叫做

aliasing.SR=1/(2*SW)數(shù)據采集2023年2月4日23采樣快慢決定了觀測的譜圖的頻率范圍，在Bruker儀器中，采樣的快慢由駐留時間參數(shù)(DW)確定。駐留時間和譜寬間的關系由下試確定：sw=1000Hzsw=500Hzdw=0.5msdw=1ms數(shù)據采集2023年2月4日24接收器(Receiver)檢測方法:具有Larmor頻率NMR信號與激發(fā)脈沖混合，所得的差被數(shù)字化?；旌蠙z測的信號(10-800MHz)參照頻率(10-800MHz)自由衰減信號(FID)(audio:0-100kHz)接受器(RX22)數(shù)字化器(HADC)計算機儲存2023年2月4日25

當宏觀磁化矢量Mo受到p

/2

脈沖的傾倒到<xy>平面后，檢測線圈中會出現(xiàn)NMR信號。

核自旋系統(tǒng)會向平衡態(tài)恢復，宏觀磁化矢量Mo在

<xy>

平面內的馳豫可用指數(shù)函數(shù)描述。所以檢測線圈會檢測到一個衰減的cosine信號（單個自旋種類）w

=

woMxyw

-

wo>0timeMxytime自由感應衰減（FID）2023年2月4日26

在實際的樣品中可能存在數(shù)以百計的自旋系統(tǒng)，它們的共振頻率各不相同。我們用射頻脈沖同時激發(fā)所有的頻率，接收線圈會同時檢測到所有頻率的信號。我們看到的結果是所有信號的疊加，這就是FID信號。

對FID信號進行FT處理就可以得到NMR譜圖。自由感應衰減（FID）2023年2月4日27NMR譜儀2023年2月4日28NMR譜儀2023年2月4日29

NMR譜儀2023年2月4日30NMR探頭2023年2月4日31NMR譜儀:術語和簡寫AV系統(tǒng):CCU: 通訊控制單元CommunicationControlUnitTCU: 時間控制單元TimingControlUnitFCU: 頻率控制單元FrequencyControlUnitGCU： 梯度控制單元GradientControlUnitSGU: 信號產生單元AmplitudeSettingUnitDRU: 數(shù)字化接收單元DigitalReceiverUnitBSMS: 布魯克智能磁體控制系統(tǒng)BrukerSmartMagnetSystemACB: 功放控制板AmplifierControlBoardRXAD: 接收器與模/數(shù)轉換器ReceiverandAnalogtoDigitalConverter HPPR: 前置放大器Pre-amplifierSLCB： 樣品和液氦液面控制板SampleandLevelControlBoardSCB： 勻場控制板ShimmingControlBoardLCB: 鎖場控制板LockControlBoardLTX： 鎖場信號發(fā)射板LockTransmitterLRX： 鎖場信號接受板LockRecieverTOPSPIN: 運行軟件OperatingSoftware2023年2月4日32

通常

B1

的頻率會設置的比其它所有信號的頻率都高（或低）。這樣作的目的是為了避免有信號的頻率高于（或低于）參考頻率。這樣計算機就可以知道信號的正負了。

這樣做會有兩個問題：第一個是噪音問題，多余的噪音會折疊回NMR譜中，影響信噪比。第二個是激發(fā)脈沖問題，激發(fā)較寬的譜寬需要更高功率的脈沖。

最好的解決辦法是把參考頻率設置到譜頻率的中間。carrier正交檢測(QuadratureDetection)2023年2月4日33由于NMR檢測器不能檢測出順時針或反時針方向的核磁信號,傅立葉轉換后,將給出+w

和–w兩個峰.xVtxVtFT0-ww正交檢測2023年2月4日34

怎樣才能區(qū)別信號的頻率比參考頻率快還是慢呢？解決這個問題的辦法就是使用兩個檢測器，其相位相差90度。

頻率高的信號與頻率低的信號正負相反，這樣就可以區(qū)分開頻率的正負。w(B1)BFBFPH=0PH=90PH=0PH=90FFSS正交檢測2023年2月4日35NMRSignalReference(SFO1)90o0oADCABRealImaginary數(shù)學處理通過使用具有900相位差的兩個基本點檢測器，正負頻率就很容易區(qū)分開。實際應用中，并非使用兩個檢測器，而是使用一個檢測器。將檢測到的信號分成兩部分并分別送到具有償使用900相位差兩個通道中。正交檢測2023年2月4日36ChannelAChannelBFTFTChannelA+B正交檢測2023年2月4日37

頻域譜寬度(SW)和中心頻率（O1P）在BRUKER的儀器中,頻域譜圖的中央點是由參數(shù)SFo1(=SF+o1)確定.其中,SF是所觀測的原子核Larmor頻率;o1p是偏置頻率可以用來改變頻域譜圖的中央點.o1po1po1p2023年2月4日38在實際測試未知樣品時,可以使用較大的SW值采樣.然后調整O1采樣.最后再調整SW.1.較大sw2.調整o13.調整swo1pnewo1pswswnewsw

頻域譜寬度(SW)和中心頻率（O1P）2023年2月4日39ADCNMR信號通常包含許多共振頻率及振輻.為能更好的描述NMR信號,我們一般使用16或18bitADC.增益值(RG)應被調節(jié)到一適當?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2023年2月4日40NMR信號被稱為自由衰減信號(FreeInductionDecay或FID).此信號并不能象COS涵數(shù)一樣保持同樣的振輻持續(xù)下去,而是以指數(shù)的方式衰減為零.此一現(xiàn)象是由所謂的自旋-自旋馳豫造成.(T2relaxation)在BRUKER儀器中,時域信號的數(shù)據點是由參數(shù)TD

設定.為使時域信號能夠被完全采集到,TD應為一適當?shù)闹?以免使信號被截斷(truncation).自由衰減信號(FreeInductionDecay)TDsetproper*TDtoosmall2023年2月4日41在測量NMR信號的同時,由于儀器的電子元件及樣品本身產生的噪音也同樣被接收線圈檢測到.為了得到適當信噪比的圖譜我們一般可以增加掃描次數(shù)以達到要求的信噪比(S/N),信號平均是指通過增加掃描次數(shù)來壓制噪音而增加信號強度的方法.N次額外的掃描回給出倍的增強的信號強度在BRUKER儀器中,掃描次數(shù)是由參數(shù)ns設置.另外,增加掃描次數(shù)時,一定要考慮T1弛豫的影響,也就是說要考慮參數(shù)D1的設置信號平均(SignalAveraging)noiselevelsignal2023年2月4日42FID譜圖NSS/N14162561(ref)2x4x16x信號平均(SignalAveraging)2023年2月4日43

到目前為止我們還沒談到宏觀磁化矢量回復到平衡態(tài)的過程。這一過程就是馳豫過程。馳豫分為兩種類型，它們都與時間成指數(shù)衰減關系?？v向馳豫（自旋－晶格馳豫）

（T1）

它主要影響磁化矢量在z

軸方向的分量（Mz）-自旋系統(tǒng)與周圍的環(huán)境發(fā)生能量交換，

自旋系統(tǒng)回復到平衡態(tài)。-與其它核的偶極偶合以及順磁物質會

影響到T1時間的大小。橫向馳豫（自旋－自旋馳豫）（T2）

它主要影響磁化矢量在<xy>平面的分量（Mxy）-自旋－自旋相互作用使得Mxy散相-還會受到磁場不均運性的影響-小于T1MzzxyMxyzxy馳豫現(xiàn)象(Relaxation)2023年2月4日44弛豫效應NMR信號是一個以常數(shù)為T2的指數(shù)方式衰減的函數(shù)。

T2就是橫向弛豫過程的時間常數(shù)。此外，在XY平面的磁化矢量需要一定的時間回到Z-軸上。這一過程需要的時間就叫縱向弛豫時間，其時間常數(shù)是T1。T1

和T2

與原子核的種類，樣品的特性及狀態(tài)，溫度以及外加磁場的大小有關。信號平均方法成功的關鍵就是要正確設定參數(shù)D1。D1必須是五倍的T1以保證在下次掃描時磁化矢量完全回到Z-軸。有時為節(jié)省時間，使用小角度的脈沖，重復掃描以達到增強信號的目的。T1=30s,4scansa.D1=150s;90opulse;600s;b.D1=15s;90opulse;60s;c.D1=15s;30opulse;60s.abc2023年2月4日45傅立葉轉換(FourierTransformation)在核磁共振實驗中,由于原子核所處的電子環(huán)境不同,而具有不同的共振頻率.實際上,NMR信號包含許多共振頻率的復合信號.分析研究這樣一個符合信號顯然是很困難的.傅立葉轉換(FT)提供了一種更為簡單的分析研究方法.就是將時域信號通過傅立葉轉換成頻域信號.在頻域信號的圖譜中,峰高包含原子核數(shù)目的信息,而位置則揭示原子核周圍電子環(huán)境的信息.timefrequencyFT2023年2月4日46

現(xiàn)在計算機中已經有了FID數(shù)據。我們可以對FID做一些處理，比如數(shù)字濾波等。真正的NMR信號主要位于FID前面的部分，隨著

Mxy

的衰減，F(xiàn)ID的后部主要以噪音為主。

直觀上講數(shù)字濾波就是給FID乘上一個函數(shù)，使噪音比例較大的FID末端變得較小。主要為信號主要為噪音1數(shù)據處理－窗口函數(shù)(WindowFunction)2023年2月4日47

對于下面原始的FID，我們分別使用一個正的和負的LB值，以說明它們對最終譜圖的影響。FTFTLB=-1.0HzLB=5.0Hz靈敏度和分辨率的增強（EM）2023年2月4日48

Gaussian/Lorentzian（GM）：提高分辨率。相比純粹用負的LB值來提高分辨率，對信噪比的不良影響要小一些。Cosine–

相移

cosine：主要用于二維譜。

窗口函數(shù)的選擇與具體的實驗相關。F(t)=e-(t*LB+s2t2/2)F(t)=cos(pt/tmax)其它有用的窗口函數(shù)2023年2月4日49SW-spectralwidth(Hz)SI-datasize(points)

數(shù)據的大小與譜寬（采樣速度）、和采樣時間有關。數(shù)據的點數(shù)越多采樣的時間就越長。

即使數(shù)據的存儲空間足夠大，過長的采樣時間也會使實驗的時間變得很長。

我們把每個點所對應的Hz數(shù)定義為數(shù)字分辨率。

DR=SW/SI

對于SW為5KHz，F(xiàn)ID點數(shù)為16K的數(shù)據，其數(shù)字分辨率為：0.305Hz/point.

一個很明顯的問題是：當SW很大而SI很小時，數(shù)字分辨率就很低，不能準確的反映出譜峰形狀。數(shù)據大小和沖零(ZeroFilling)2023年2月4日50

當采樣時間不是足夠長（數(shù)據點數(shù)較少）時，通過沖零可以提高數(shù)字分辨率。

沖零就是在FT前，在FID的末端加上大小為零的點。通常沖零的點數(shù)為1倍或2倍。

通過這種方法可以提高數(shù)字分辨率，通常可以提高譜圖的質量。如果最初的FID點數(shù)太少，通過沖零也不能得到好的譜圖。8Kdata8Kzero-fill8KFID16KFID沖零2023年2月4日51沖零在Topspin軟件中，沖零是通過設置SI的值來實現(xiàn)的。當SI大于TD時，軟件會自動沖零TD=SI=128TD=128;SI=1024TDTDSI2023年2月4日52在BRUKER儀器中，相位調整首先對最大峰進行零級相位調整PH0，然后以一級相位調整PH1來調節(jié)其他的峰。1.

FTphase2.Adjustph0onbiggestpeak3.Adjustotherpeakswithph1相位調整(Phasing)2023年2月4日53NMR:原子核間的相互作用分子中的原子并不是孤立存在,它不僅在相互間發(fā)生作用也同周圍環(huán)境發(fā)生作用,從而導致相同的原子核卻有不同的核磁共振頻率.Larmor頻率化學位移自旋-自旋偶合e.g.B0=11.7T, w(1H)=500MHz

w(13C)=125MHz化學位移~B0

?kHz自旋-自旋偶合?Hz-kHz2023年2月4日54化學位移(ChemicalShift)在磁場中，由于原子核外電子的運動而產生一個小的磁場Be(localfield)，此小磁場與外加磁場(B0)方向相反，從而使原子核感受到一個比外加磁場小的磁場(B0+Blo).此一現(xiàn)象我們稱做化學位移作用或屏敝作用。B0Be原子核實際感受到的磁場: B=(1-s)B0s化學位移常數(shù)2023年2月4日55PPM單位由于化學位移是與外加磁場成正比，所以在不同的磁場下所的化學位移數(shù)值也不同。也會引起許多麻煩，引入ppm并使用同意參照樣品，就是光譜獨立于外加磁場。0Hz15003000450060000ppm48120Hz15003000450060000ppm4812參照樣品峰300MHz500MHz300MHz500MHz1ppm=300Hz1ppm=500Hz2023年2月4日560ppm428610HC=OHC=CH2CH3即使使用不同的儀器或在不同的場強下，相同的官能團具有相同的ppm值。不同的官能團由于存在于不同的電子環(huán)境因而具有不同的化學位移，從而使結構鑒定成為可能..化學位移(ChemicalShift)2023年2月4日57自旋-自旋偶合(ScalarCoupling)相鄰的原子核可以通過中間媒介(電子云)而發(fā)生作用.此中間媒介就是所謂的化學鍵.這一作用就叫自旋-自旋偶合作用(J-偶合).特點是通過化學鍵的間接作用.CHCHHC異核J-coupling同核J-couplingJCHJHH2023年2月4日58自旋-自旋偶合引起共振線的分裂而形成多重峰.多重峰實際代表了相互作用的原子核彼此間能夠出現(xiàn)的空間取向組合.CHJCHCHJCH原始頻率ww-J/2w+J/2JCH自旋-自旋偶合(ScalarCoupling)2023年2月4日59同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)多重峰出現(xiàn)的規(guī)則:1.

某一原子核與N個相鄰的核相互偶合將給出(n+1)重峰.2.等價組合具有相同的共振頻率.其強度與等價組合數(shù)有關.3.磁等價的核之間偶合作用不出現(xiàn)在譜圖中.4.偶合具有相加性.例如:HaHbCCwawbJABHBHBHAHAJAB2023年2月4日60HaHbCCHcAB,CBCAAB,C是化學等價的核JAB=JAC同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)2023年2月4日61HaHbCCHcB,C是化學不等價的核JAC=10HzJAC=4HzJBC=7HzABCwAJACJAC同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)2023年2月4日62異核J-偶合(HeteronuclearJ-Coupling)*CH*CH2*CH3CH1H2H3CH1H2CH1*CC2023年2月4日63由于一些核的自然豐度并非如此100%。因此譜圖中可能出現(xiàn)偶合分裂的峰和無偶合的峰。氯仿中的氫譜是一個典型的例子。x100H-13CH-13C105HzH-12C異核J-偶合(HeteronuclearJ-Coupling)2023年2月4日64NMR:鎖場(Lock)實驗對磁場穩(wěn)定性的要求可以通過鎖場實現(xiàn)，通過不間斷的測量一參照信號(氘信號)并與標準頻率進行比較。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)的電流來進行矯正。2DLockTXLockRXLockfreq.DZ0-coil2023年2月4日65勻場(Shimming)在樣品中，磁場強度應該是均勻且單一，以使相同的核無論處于樣品的何種位置都應給出相同的共振峰。為達此目的，一系列所謂勻場線圈按繞制所提供的函數(shù)方式給出補償以消除磁場的不均勻性，從而得到窄的線形.實際應用中可分為低溫勻場(cryo-shims)線圈和室溫勻場線圈(RT-shims)。低溫勻場線提供較大的矯正。2023年2月4日66去偶(Decoupling)原子核間的偶合導致譜圖的復雜化。CHJCHCHJCHoriginalfrequencyww+J/2w-J/2JCH2023年2月4日67如果峰數(shù)不多，偶合的方式仍可分析出。但當很多鋒出現(xiàn)時，偶合方式的分析就不是那么容易。*CH3-CH2-未去偶氫去偶去偶(Decoupling)2023年2月4日68氫對碳的偶合作用可以通過對氫施加一個脈沖消除。此一技術稱為去偶。對氫核的飽和照射，促使氫核的自旋狀態(tài)快速的變換，臨近的碳核無法感覺到氫核的自旋狀態(tài)的取向而只感受到氫核兩種取想的平均效果。具體的說，對氫核的飽和照射使碳核原來的兩條共振線w-J/2和w+J/2合并平均而得到[(w-J/2)+(w+J/2)]/2=w。CHJCHCHJCHp-pulseonH這相當于使用一系列1800脈沖快速照射氫核。C-HpHC-HpHpHpHC-HC-HC-HC-HpHw+J/2w-J/2w+J/2w-J/2w+J/2w-J/2去偶(Decoupling)2023年2月4日69氫去偶除簡化碳譜還因為有核的O