精彩的核磁理論適用于操作者

B0yxz簡(jiǎn)單介紹2023/3/231當(dāng)前1頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介核磁共振或簡(jiǎn)稱NMR是一種用來(lái)研究物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及物理特性的光譜學(xué)方法.它是眾多光譜分析法中的一員.其它的分析方法: 電子自旋共振(ESR/EPR)

紅外光譜學(xué)(IR)

質(zhì)譜學(xué)(MS)

色譜學(xué)(LC/GC/HPLC) X-ray(SCD/XRF/XRD)核磁共振成像或稱MRI

已經(jīng)頻繁的使用在醫(yī)院的疾病的診斷中.2023/3/232當(dāng)前2頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介雖然一小部分核磁共振儀器在工業(yè)上被用來(lái)做質(zhì)量控制,但核磁共振儀器現(xiàn)大部分仍局限在實(shí)驗(yàn)室使用.應(yīng)用范圍: 結(jié)構(gòu)確定StructureDetermination

化學(xué)鑒定ChemicalIdentification

聚合物特性測(cè)定PolymerCharacterization

藥品開(kāi)發(fā)DrugDevelopment

催化研究Catalysis用戶: 化學(xué)公司ChemicalCompanies

藥劑化學(xué)PharmaceuticalCompanies

石油化工PetrochemicalIndustry

高分子材料PolymerIndustry

大學(xué)Universities

醫(yī)院Hospitals2023/3/233當(dāng)前3頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介核磁共振研究的材料稱為樣品.樣品可以處于液態(tài),固態(tài).眾所周知,宏觀物質(zhì)是由大量的微觀原子或由大量原子構(gòu)成的分子組成,原子又是由質(zhì)子與中子構(gòu)成的原子核及核外電子組成.核磁共振研究的對(duì)象是原子核.一滴水大約由1022分子組成.HCHHmmm(10-6m)nm(10-9m)A(10-10m)2023/3/234當(dāng)前4頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介具有非零自旋量子數(shù)的原子核具有自旋角動(dòng)量,因而也就具有磁矩,例如象1H,31P,13C,15N

等原子核.磁矩是一矢量.如果含有此類核的物質(zhì)置放于磁場(chǎng)中,原來(lái)無(wú)規(guī)則的磁矩矢量會(huì)重新排列而平行于外加的磁場(chǎng).與外磁場(chǎng)同向和反向的磁矢量符合Boltzmann分布.在數(shù)量上同向與反向的差別很小,但正是這一微小的差別造就了核磁共振光譜學(xué).B0M單位體積內(nèi)原子核磁矩的矢量和定義為宏觀磁化強(qiáng)度矢量M

(macroscopicmagnetization.其方向與外磁場(chǎng)方向相同2023/3/235當(dāng)前5頁(yè)，總共148頁(yè)。在磁場(chǎng)中,原來(lái)簡(jiǎn)并的能級(jí)分裂成不同的能級(jí)狀態(tài).如果用適當(dāng)頻率的電磁輻射照射就可觀察到核自旋能級(jí)的躍遷.原子核能級(jí)的變化不僅取決于外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小及不同種類的原子核,而且取決于原子核外部電子環(huán)境.這樣我們就可獲得原子核外電子環(huán)境的信息.宏觀上講,當(dāng)用適當(dāng)頻率的電磁輻射(RF)照射樣品,宏觀磁化強(qiáng)度矢量從Z-軸轉(zhuǎn)到X或Y軸上.通過(guò)接受器,傅立葉轉(zhuǎn)換就得到核磁共振譜圖.核磁共振:簡(jiǎn)介B0MB0MRF脈沖接收器ReceiverFTS(t)S(w)2023/3/236當(dāng)前6頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介樣品:

非磁性及非導(dǎo)電靈敏度:

樣品需含?1015

原子核

溶液固體Solids600MHz成像NMR2023/3/237當(dāng)前7頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介L(zhǎng)armor頻率化學(xué)位移自旋-自旋偶合e.g.B0=11.7T, w(1H)=500MHz

w(13C)=125MHz化學(xué)位移~B0

?kHz自旋-自旋偶合?Hz-kHz2023/3/238當(dāng)前8頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介Information:Larmor頻率 原子核化學(xué)位移: 結(jié)構(gòu)測(cè)定(功能團(tuán))J-偶合:

結(jié)構(gòu)測(cè)定(原子的相關(guān)性)偶極偶合: 結(jié)構(gòu)測(cè)定(空間位置關(guān)系)弛豫:

動(dòng)力學(xué)

1H13CCH3>C=CH-HHCCCHHHHDJHHHCJCHC>C=C<CH32023/3/239當(dāng)前9頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振:簡(jiǎn)介分辨率可通過(guò)提高外磁場(chǎng)強(qiáng)度和增加譜圖的維數(shù)而提高.nDNMR(n=2,3,4)1D譜2D(輪廓圖)2023/3/2310當(dāng)前10頁(yè)，總共148頁(yè)。NMR譜儀FMAudio反饋600譜儀2023/3/2311當(dāng)前11頁(yè)，總共148頁(yè)。NMR譜儀600MHz磁體探頭機(jī)柜RF產(chǎn)生RF放大信號(hào)檢測(cè)數(shù)據(jù)采集控制數(shù)據(jù)信息交流運(yùn)行控制磁體控制前置放大器計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存;數(shù)據(jù)處理;總體控制.2023/3/2312當(dāng)前12頁(yè)，總共148頁(yè)。NMR譜儀:機(jī)柜AQX(Digital)CCUTCUFCURCUVTunitBSMSshimlockCCUAQRASURouterACBADCRX22AmplifierAmplifierPTS2023/3/2313當(dāng)前13頁(yè)，總共148頁(yè)。NMR譜儀:探頭RF接口RF線圈+調(diào)諧元件(電容器)HelmholtzSolenoid2023/3/2314當(dāng)前14頁(yè)，總共148頁(yè)。RF-CoilinNMRProbes2023/3/2315當(dāng)前15頁(yè)，總共148頁(yè)。NMR譜儀:術(shù)語(yǔ)和簡(jiǎn)寫(xiě)AVANCE系統(tǒng):FCU: 頻率控制單元FrequencyControlUnitASU: 頻輻設(shè)置單元AmplitudeSettingUnitTCU: 時(shí)間控制單元TimingControlUnitCCU: 協(xié)調(diào)控制單元CommunicationControlUnitRCU: 接收控制單元ReceiverControlUnitBSMS: 布魯可智能磁體控制系統(tǒng)BrukerSmartMagnetSystemLOT: 發(fā)射/調(diào)諧開(kāi)關(guān)LocalOscillatorandTuneBoardACB: 功放控制板AmplifierControlBoardRX22: 接收器ReceiverADC: 數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器AnalogtoDigitalConverterHPPR: 前置放大器Pre-amplifierLCB: 鎖場(chǎng)控制板LockControlBoardPTS: 頻率合成器brandofsynthesizerusedXwinNMR: 運(yùn)行軟件OperatingSoftwareLINUX/WINDOWS: 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)SGIOperatingSoftwarePulseProgram: 脈沖程序OperatorInstructionsforexperiment2023/3/2316當(dāng)前16頁(yè)，總共148頁(yè)。NMR譜儀:術(shù)語(yǔ)和簡(jiǎn)寫(xiě)AV系統(tǒng):FCU: 頻率控制單元FrequencyControlUnitSGU: 信號(hào)產(chǎn)生單元AmplitudeSettingUnitTCU: 時(shí)間控制單元TimingControlUnitCCU: 協(xié)調(diào)控制單元CommunicationControlUnitRCU: 接收控制單元ReceiverControlUnitBSMS: 布魯可智能磁體控制系統(tǒng)BrukerSmartMagnetSystemACB: 功放控制板AmplifierControlBoardRX22: 接收器ReceiverADC: 數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器AnalogtoDigitalConverterHPPR: 前置放大器Pre-amplifierLCB: 鎖場(chǎng)控制板LockControlBoardXwinNMR: 運(yùn)行軟件OperatingSoftwareLINUX/WINDOWS: 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)SGIOperatingSoftwarePulseProgram: 脈沖程序OperatorInstructionsforexperiment2023/3/2317當(dāng)前17頁(yè)，總共148頁(yè)。2.NMR檢測(cè)A:磁化強(qiáng)度矢量,Larmor頻率B:RF脈沖,脈沖功率,探頭,電擊放電C:磁化強(qiáng)度矢量進(jìn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系,接收器,前置放大器D:接收器增益值,弛預(yù)時(shí)間(T1,T2)E:傅立葉轉(zhuǎn)換,正交檢測(cè),頻率掃描寬度,折反峰folding

B0MB0MRFpulseReceiverFTS(t)S(w)AECBD2023/3/2318當(dāng)前18頁(yè)，總共148頁(yè)。B0yxz2.a:宏觀磁化強(qiáng)度矢量600MHzB0yxzM 具有非零自旋量子數(shù)的原子核具有自旋角動(dòng)量,因而也就具有磁矩.在磁場(chǎng) 中,原來(lái)無(wú)規(guī)則的磁矩矢量會(huì)重新排列而平行于外加的磁場(chǎng).與外磁場(chǎng)同向和反向的磁矩矢量符合Boltzmann分布.磁矩矢量沿磁場(chǎng)方向的進(jìn)動(dòng)使XY平面上的投影相互抵消.由于沿磁場(chǎng)方向能量較低,故原子分布較多一些而造成一個(gè)沿Z-軸的非零合磁矩矢量.雖然在理論上經(jīng)常討論單一原子的情形,但在實(shí)際上,單一原子的核磁信號(hào)非常小而無(wú)法觀測(cè).故此我們定義單位體積內(nèi)原子核磁矩的矢量和為宏觀磁化強(qiáng)度矢量其方向與外磁場(chǎng)方向相同.以此矢量來(lái)描述宏觀樣品的核磁特性.2023/3/2319當(dāng)前19頁(yè)，總共148頁(yè)。2.a:Larmor頻率核磁矩沿外磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)的頻率稱為L(zhǎng)armor頻率w或共振頻率.此頻率的大小取決于原子核的種類及外磁場(chǎng)的大小.g

是磁旋比.它是原子核本身的屬性并只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取.在案BRUKER儀器上,原子核的頻率是通過(guò)參數(shù)BFn(MHz)設(shè)置.如BF1代表第一通道.更精細(xì)的頻率調(diào)節(jié)可用參數(shù)On來(lái)完成.On叫頻率偏差頻率或偏置頻,所以總頻率為SFOn:SFO1=BF1+O12023/3/2320當(dāng)前20頁(yè)，總共148頁(yè)。2.b:RF脈沖核磁信號(hào)只能在核磁化矢量位于XY平面時(shí)才能被檢測(cè)到.使用與原子核Larmor頻率相同無(wú)線電射頻即可將M從Z-軸轉(zhuǎn)向X-或Y-軸.MMrf+M當(dāng)觀測(cè)信號(hào)時(shí),RF脈沖是處于關(guān)閉狀態(tài).NMR信號(hào)是在微伏(microvolts)而RF脈沖是在千伏kilovolts.2023/3/2321當(dāng)前21頁(yè)，總共148頁(yè)。2.b.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為了更好的描述與簡(jiǎn)化所研究的體系而引進(jìn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng).旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)中的Z-軸與傳統(tǒng)的三維坐標(biāo)系的Z-軸一致,而其X-與Y-軸卻以與核磁共振頻率相同(Larmor頻率)的頻率繞Z-軸旋轉(zhuǎn).在此體系中,核磁矩不在圍繞Z-軸旋轉(zhuǎn)而是靜止在某一點(diǎn)上.MrfMrfxzyx’y’zxzyy’‘傳統(tǒng)坐標(biāo)系X-與Y-軸以Larmor頻率圍繞Z-軸旋轉(zhuǎn)‘旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系2023/3/2322當(dāng)前22頁(yè)，總共148頁(yè)。實(shí)際應(yīng)用上的例子.當(dāng)磁化矢量被轉(zhuǎn)到XY平面后,它仍以Larmor頻率繞Z-軸旋轉(zhuǎn).同樣的,核磁信號(hào)也以大致相當(dāng)?shù)念l率饒Z旋轉(zhuǎn).然而此高頻信號(hào)(數(shù)百兆赫)是不可能被數(shù)字化的,即使使用高分辨的ADC.實(shí)際應(yīng)用上,就將檢測(cè)到的信號(hào)與一參照頻率想混合而得到其差頻.此差頻落在100KHz的范圍內(nèi)(聲頻)并很容易被數(shù)字化.混合檢測(cè)的信號(hào)(10-800MHz)參照頻率(10-800MHz)自由衰減信號(hào)(FID)(audio:0-100kHz)接受器(RX22)數(shù)字化器(HADC)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存2.b.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系2023/3/2323當(dāng)前23頁(yè)，總共148頁(yè)。通過(guò)RF脈沖的照射,磁化矢量將以RF脈沖的照射方向?yàn)檩S在垂直于RF脈沖的照射方向的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).如使用X-脈沖則磁化矢量將圍繞X-軸方向在YZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).-只要RF脈沖打開(kāi),則磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)就不會(huì)停止.-磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)速度取決于脈沖強(qiáng)度.-脈沖長(zhǎng)度將決定磁化矢量停止的位置.Mrfxyz45o90o180o270o360o2.b:RF脈沖2023/3/2324當(dāng)前24頁(yè)，總共148頁(yè)。90o

或p/2脈沖將給出最大的信號(hào).所以也就成為準(zhǔn)確測(cè)定此參數(shù)的原因之一.在特定的功率強(qiáng)度下,通過(guò)采集一系列不同脈沖長(zhǎng)度的譜圖以確定最大值或零強(qiáng)度點(diǎn).此點(diǎn)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(lái)描述其標(biāo)準(zhǔn)單位是微秒(ms).功率強(qiáng)度是以pln,(e.g.pl1)等參數(shù)來(lái)描述其標(biāo)準(zhǔn)單位是dB.MrfxyzPulselength901802703602.b:RF脈沖2023/3/2325當(dāng)前25頁(yè)，總共148頁(yè)。2.b:RF產(chǎn)生頻率合成器Sythesizer頻率控制單元FCU時(shí)間控制單元TCU頻輻設(shè)置單元ASU功放Amplifier(BLAH,BLAX)到探頭電腦指令2023/3/2326當(dāng)前26頁(yè)，總共148頁(yè)。2.c:信號(hào)接收MB0接受/發(fā)射線圈經(jīng)過(guò)脈沖照射后,磁化矢量被轉(zhuǎn)到XY平面上并繞Z-軸旋轉(zhuǎn).由于此轉(zhuǎn)動(dòng)切割了接受器的線圈,并在接受器的線圈中產(chǎn)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.X信號(hào)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(hào)使之頻率降低到聲頻范圍.模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將此信號(hào)數(shù)字化.Vt2023/3/2327當(dāng)前27頁(yè)，總共148頁(yè)。2.c:前置放大器(Preamp)去接收器的信號(hào)從功放來(lái)的RF脈沖HPPR控制1HXD前置放大器HPPR前置放大器有兩種用途:1.放大檢測(cè)的NMR信號(hào)(從微伏到毫伏)2.分離高能RF脈沖與低能NMR信號(hào).前置放大器含有一接收發(fā)射開(kāi)關(guān)(T/R).其作用就是阻止高壓RF脈沖進(jìn)入敏感的低壓的信號(hào)接收器.2023/3/2328當(dāng)前28頁(yè)，總共148頁(yè)。2.c:接收器(Receiver)檢測(cè)方法:具有Larmor頻率NMR信號(hào)與激發(fā)脈沖混合,所得的差被數(shù)字化.混合檢測(cè)的信號(hào)(10-800MHz)參照頻率(10-800MHz)自由衰減信號(hào)(FID)(audio:0-100kHz)接受器(RX22)數(shù)字化器(HADC)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存2023/3/2329當(dāng)前29頁(yè)，總共148頁(yè)。2.c:接收器(Receiver)mixing信號(hào)(10-800MHz)SFO1+22MHz(32-822MHz)自由衰減信號(hào)(FID)(audio:0-100kHz)接收器(RX22)Digitizer(HADC)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存RX22檢測(cè)過(guò)程:具有Larmor頻率NMR信號(hào)將被混合兩次.首先將信號(hào)與SFO1+22MHz的脈沖混合.然后將所得信號(hào)再與22MHz混合而得到具有音頻的自由衰減信號(hào)(FID).使用22MHz頻率是為避免頻率泄露與部件間的頻率干擾.混合(I)mixing混合(II)IF22MHz2023/3/2330當(dāng)前30頁(yè)，總共148頁(yè)。2.c:ADCNMR信號(hào)通常包含許多共振頻率及振輻.為能更好的描述NMR信號(hào),我們一般使用16或18bitADC.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(guò)飽和.RG太低RG太高RG適當(dāng)2023/3/2331當(dāng)前31頁(yè)，總共148頁(yè)。NMR信號(hào)被稱為自由衰減信號(hào)(FreeInductionDecay或FID).此信號(hào)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-自旋弛預(yù)造成.(T2relaxation)在BRUKER儀器中,時(shí)域信號(hào)的數(shù)據(jù)點(diǎn)是由參數(shù)TD

設(shè)定.為使時(shí)域信號(hào)能夠被完全采集到,TD應(yīng)為一適當(dāng)?shù)闹?以免使信號(hào)被剪斷(truncation).2.d:自由衰減信號(hào)(FreeInductionDecay)TDsetproper*TDtoosmall2023/3/2332當(dāng)前32頁(yè)，總共148頁(yè)。在測(cè)量NMR信號(hào)的同時(shí),由于儀器的電子元件及樣品本身產(chǎn)生的噪音也同樣被接收線圈檢測(cè)到.為了得到適當(dāng)信噪比的圖譜我們一般可以增加掃描次數(shù)以達(dá)到要求的信噪比(S/N),信號(hào)平均是指通過(guò)增加掃描次數(shù)來(lái)壓制噪音而增加信號(hào)強(qiáng)度的方法.N次額外的掃描回給出倍的增強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度在BRUKER儀器中,掃描次數(shù)是由參數(shù)ns設(shè)置.另外,增加掃描次數(shù)時(shí),一定要考慮T1弛豫的影響,也就是說(shuō)要考慮參數(shù)D1的設(shè)置2.d:信號(hào)平均(SignalAveraging)noiselevelsignal2023/3/2333當(dāng)前33頁(yè)，總共148頁(yè)。FID譜圖NSS/N14162561(ref)2x4x16x2.d:信號(hào)平均(SignalAveraging)2023/3/2334當(dāng)前34頁(yè)，總共148頁(yè)。2.d:弛豫效應(yīng)(Relaxation)NMR信號(hào)是一個(gè)以常數(shù)為T2的指數(shù)方式衰減的涵數(shù).T2就是橫向弛豫過(guò)程的時(shí)間常數(shù).此外,在XY平面的磁化矢量需要一定的時(shí)間回到Z-軸上.這一過(guò)程需要的時(shí)間就叫縱向弛豫時(shí)間.其時(shí)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(chǎng)的大小有關(guān).信號(hào)平均方法成功的關(guān)鍵就是要正確設(shè)定參數(shù)D1.D1必須是五倍的T1以保證在下次掃描時(shí)磁化矢量完全回到Z-軸.有時(shí)為節(jié)省時(shí)間,使用小角度的脈沖,重復(fù)掃描以達(dá)到增強(qiáng)信號(hào)的目的.T1=30s,4scansa.D1=150s;90opulse;600s;b.D1=15s;90opulse;60s;c.D1=15s;30opulse;60s.abc2023/3/2335當(dāng)前35頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)在核磁共振實(shí)驗(yàn)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(shí)際上,NMR信號(hào)包含許多共振頻率的復(fù)合信號(hào).分析研究這樣一個(gè)符合信號(hào)顯然是很困難的.傅立葉轉(zhuǎn)換(FT)提供了一種更為簡(jiǎn)單的分析研究方法.就是將時(shí)域信號(hào)通過(guò)傅立葉轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào).在頻域信號(hào)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.timefrequencyFT2023/3/2336當(dāng)前36頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)由于NMR檢測(cè)器不能檢測(cè)出順時(shí)針或反時(shí)針?lè)较虻暮舜判盘?hào),傅立葉轉(zhuǎn)換后,將給出+w

和–w兩個(gè)峰.xVtxVtFT0-ww2023/3/2337當(dāng)前37頁(yè)，總共148頁(yè)。NMRSignalReference(SFO1)90o0oADCABRealImaginary數(shù)學(xué)處理為了區(qū)分順時(shí)針與反時(shí)針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的峰.正交檢測(cè)方法被用來(lái)解決這一問(wèn)題.通過(guò)使用具有900相位差的兩個(gè)基本點(diǎn)檢測(cè)器,正負(fù)頻率就很容易區(qū)分開(kāi).實(shí)際應(yīng)用中,并非使用兩個(gè)檢測(cè)器,而是使用一個(gè)檢測(cè)器.將檢測(cè)到的信號(hào)分成兩部分并分別送到具有償使用900相位差兩個(gè)通道中.2.e:正交檢測(cè)(QuadratureDetection)2023/3/2338當(dāng)前38頁(yè)，總共148頁(yè)。ChannelAChannelBFTFTChannelA+B2.e:正交檢測(cè)(QuadratureDetection)2023/3/2339當(dāng)前39頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換對(duì)cosineExponential (slow)Exponential (fast)blockpulsetimefrequencyFTtimefrequencyFTnoise2023/3/2340當(dāng)前40頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:填零(ZeroFilling)在數(shù)據(jù)采集時(shí),最好只采集數(shù)據(jù)直到信號(hào)衰減為零,但由于數(shù)據(jù)點(diǎn)較少而影響譜峰的分辨率.增加采集時(shí)間由于信號(hào)已沒(méi),所采集到的只是噪音.在FID的尾部通過(guò)填零的方法可以很好的解決這個(gè)文題.TD=SI=128TD=128;SI=1024TDTDSI2023/3/2341當(dāng)前41頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:線寬因子(LineBroadening)Lb=0Lb=5Lb=10NMR信號(hào)一般都集中在FID的前部,后部含有的大部分為噪音.將FID乘一權(quán)重指數(shù)函數(shù)就能迫使尾部的FID為零.其程度由參數(shù)LB控制.當(dāng)然還有其他的權(quán)重涵數(shù)可以利用.使用這些涵數(shù)雖可提高信噪比卻一犧牲分辨率為代價(jià).在BRUKER儀器中,這些涵數(shù)統(tǒng)稱為窗口涵數(shù).2023/3/2342當(dāng)前42頁(yè)，總共148頁(yè)。一個(gè)有問(wèn)題的圖譜可以通過(guò)檢查FID來(lái)診斷.時(shí)域上兩個(gè)涵書(shū)的乘積經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)化后,其頻域的涵數(shù)將具有前兩時(shí)域涵數(shù)單獨(dú)轉(zhuǎn)化成頻域涵數(shù)的所有特征(convolutiontheory).例如一個(gè)被剪切的FID可以被看成是FID乘以一常數(shù)涵.傅立葉轉(zhuǎn)化后所得涵數(shù)具有FID及常數(shù)涵數(shù)的共同特征.=xFT2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換2023/3/2343當(dāng)前43頁(yè)，總共148頁(yè)。正確圖譜SpikeArcingBadlineshape(shimming)2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)2023/3/2344當(dāng)前44頁(yè)，總共148頁(yè)。采樣快慢決定了觀測(cè)的譜圖的頻率范圍而由所謂的駐留時(shí)間參數(shù)(DW)確定.兩者間的關(guān)系由下試確定.sw=1000Hzsw=500Hzdw=0.5msdw=1ms2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)2023/3/2345當(dāng)前45頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:峰折返(Folding)當(dāng)NMR信號(hào)數(shù)字化時(shí)速度太慢時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)FID信號(hào)頻率的錯(cuò)誤表達(dá).數(shù)學(xué)上為能正確確定一經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的周期涵數(shù)的頻率,在某一周期內(nèi)必須有兩個(gè)已知點(diǎn).所以對(duì)FID信號(hào)數(shù)字化采樣時(shí),也必須在某一周期內(nèi)采集到至少兩個(gè)點(diǎn)(NyquistTheorem).

如果不這樣就會(huì)產(chǎn)生峰折返.不產(chǎn)生峰折返所能達(dá)到的最大頻率叫NyquistFrequency.真實(shí)峰出現(xiàn)峰2023/3/2346當(dāng)前46頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:頻域譜圖寬度(SpectralWindow)在BRUKER的儀器中,頻域譜圖的中央點(diǎn)是由參數(shù)SFo1(=SF+o1)確定.其中,SF是所觀測(cè)的原子核Larmor頻率;o1是偏置頻率可以用來(lái)改變頻域譜圖的中央點(diǎn).o1o1o12023/3/2347當(dāng)前47頁(yè)，總共148頁(yè)。在實(shí)際測(cè)試未知樣品時(shí),可以使用較大的SW值采樣.然后調(diào)整O1采樣.最后再調(diào)整SW.1.較大sw2.調(diào)整o13.調(diào)整swo1newo1swswnewsw2.e:頻域譜圖寬度(SpectralWindow)2023/3/2348當(dāng)前48頁(yè)，總共148頁(yè)。2.e:相位調(diào)整(Phasing)通常所采集到的譜圖含有吸收(absorption)與擴(kuò)散(dispersion)組份.

通過(guò)相位調(diào)整可以的到純粹的吸收峰.ReImReImInphaseOutofphase2023/3/2349當(dāng)前49頁(yè)，總共148頁(yè)。在BRUKER儀器中,相位調(diào)整首先對(duì)最大峰進(jìn)行零級(jí)相位調(diào)整PH0,然后以一級(jí)相位調(diào)整PH1來(lái)調(diào)節(jié)其他的峰.1.

FTphase2.Adjustph0onbiggestpeak3.Adjustotherpeakswithph12.e:相位調(diào)整(Phasing)2023/3/2350當(dāng)前50頁(yè)，總共148頁(yè)。3.NMR: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(dǎo)致相同的原子核卻有不同的核磁共振頻率.Larmor頻率化學(xué)位移自旋-自旋偶合e.g.B0=11.7T, w(1H)=500MHz

w(13C)=125MHz化學(xué)位移~B0

?kHz自旋-自旋偶合?Hz-kHz2023/3/2351當(dāng)前51頁(yè)，總共148頁(yè)。3.NMR:化學(xué)位移(ChemicalShift)在磁場(chǎng)中,由于原子核外電子的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一個(gè)小的磁場(chǎng)Be(localfield).此小磁場(chǎng)與外加磁場(chǎng)(B0)方向相反.從而使原子核感受到一個(gè)比外加磁場(chǎng)小的磁場(chǎng)(B0+Blo).此一現(xiàn)象我們稱做化學(xué)位移作用或屏敝作用.B0Be原子核實(shí)際感受到的磁場(chǎng): B=(1-s)B0s化學(xué)位移常數(shù)2023/3/2352當(dāng)前52頁(yè)，總共148頁(yè)。3.NMR:PPM單位由于化學(xué)位移是與外加磁場(chǎng)成正比,所以在不同的磁場(chǎng)下所的花絮位移數(shù)值也不同.也會(huì)引起許多麻煩.引入ppm并使用同意參照樣品,就是光譜獨(dú)立于外加磁場(chǎng).0Hz15003000450060000ppm48120Hz15003000450060000ppm4812參照樣品峰300MHz500MHz300MHz500MHz1ppm=300Hz1ppm=500Hz2023/3/2353當(dāng)前53頁(yè)，總共148頁(yè)。0ppm428610HC=OHC=CH2CH3即使使用不同的儀器或在不同的場(chǎng)強(qiáng)下,相同的官能團(tuán)具有相同的ppm值.不同的官能團(tuán)由于存在于不同的電子環(huán)境因而具有不同的化學(xué)位移,從而使結(jié)構(gòu)堅(jiān)定成為可能..3.NMR:化學(xué)位移(ChemicalShift)2023/3/2354當(dāng)前54頁(yè)，總共148頁(yè)。3.NMR:自旋-自旋偶合(ScalarCoupling)相鄰的原子核可以通過(guò)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(xué)鍵.這一作用就叫自旋-自旋偶合作用(J-偶合).特點(diǎn)是通過(guò)化學(xué)鍵的間接作用.CHCHHC異核J-coupling同核J-couplingJCHJHH2023/3/2355當(dāng)前55頁(yè)，總共148頁(yè)。自旋-自旋偶合引起共振線的分裂而形成多重峰.多重峰實(shí)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/2JCH3.NMR:自旋-自旋偶合(ScalarCoupling)2023/3/2356當(dāng)前56頁(yè)，總共148頁(yè)。3.NMR: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(gè)相鄰的核相互偶合將給出(n+1)重峰.2.等價(jià)組合具有相同的共振頻率.其強(qiáng)度與等價(jià)組合數(shù)有關(guān).3.磁等價(jià)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:HaHbCCwawbJABHBHBHAHAJAB2023/3/2357當(dāng)前57頁(yè)，總共148頁(yè)。HaHbCCHcAB,CBCAAB,C是化學(xué)等價(jià)的核JAB=JAC3.NMR:同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)2023/3/2358當(dāng)前58頁(yè)，總共148頁(yè)。HaHbCCHcB,C是化學(xué)不等價(jià)的核JAC=10HzJAC=4HzJBC=7HzABCwAJACJAC3.NMR:同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)2023/3/2359當(dāng)前59頁(yè)，總共148頁(yè)。3.NMR:異核J-偶合(HeteronuclearJ-Coupling)*CH*CH2*CH3CH1H2H3CH1H2CH1*CC2023/3/2360當(dāng)前60頁(yè)，總共148頁(yè)。由于一些核的自然豐度并非如此100%.顧此譜圖中可能出現(xiàn)偶合分裂的峰和無(wú)偶合的峰.氯仿中的氫譜是一個(gè)典型的例子.x100H-13CH-13C105HzH-12C3.NMR:異核J-偶合(HeteronuclearJ-Coupling)2023/3/2361當(dāng)前61頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:分辨率與穩(wěn)定性(ResolutionandStability)為能區(qū)分微小的化學(xué)位移和偶合常數(shù),高的分辨率儀器(0.1Hz)是必須的.它不僅要求外磁場(chǎng)必須具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性,同時(shí)要求處于同位置但相同的核給出相同的共振頻率也就是說(shuō)線寬要非常得心應(yīng)手小.穩(wěn)定性是通過(guò)穩(wěn)定的磁體及鎖場(chǎng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn),而小的線寬則通過(guò)能提供均勻場(chǎng)強(qiáng)的磁體及勻場(chǎng)來(lái)完成.2023/3/2362當(dāng)前62頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:鎖場(chǎng)(Lock)實(shí)驗(yàn)對(duì)磁場(chǎng)穩(wěn)定性的要求可以通過(guò)鎖場(chǎng)實(shí)現(xiàn).通過(guò)不間斷的測(cè)量一參照信號(hào)(氘信號(hào))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(guò)增加或減少輔助線圈(Z0)的電流來(lái)進(jìn)行矯正.2DLockTXLockRXLockfreq.DZ0-coil2023/3/2363當(dāng)前63頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:勻場(chǎng)(Shimming)在樣品中,磁場(chǎng)強(qiáng)度應(yīng)該是均勻且單一,以使相同的核無(wú)論處于樣品的何種位置都應(yīng)給出相同的共振峰.為達(dá)此目的,一系列所謂勻場(chǎng)線圈按繞制所提供的涵數(shù)方式給出補(bǔ)償以消除磁場(chǎng)的不均勻性,從而得到窄的線形.實(shí)際應(yīng)用中可分為低溫勻場(chǎng)(cryo-shims)線圈和室溫勻場(chǎng)線圈RT-shims).低溫勻場(chǎng)線提供較大的矯正.2023/3/2364當(dāng)前64頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:勻場(chǎng)(Shimming)勻場(chǎng)線圈分為兩組:改變Z-軸方向場(chǎng)強(qiáng)的稱為縱向勻場(chǎng)(axial,on-axisorz-shims);改變垂直與Z-軸方向場(chǎng)強(qiáng)的稱為橫向勻場(chǎng)(transverseoroff-axisshims).2023/3/2365當(dāng)前65頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:勻場(chǎng)效果(EffectofZ-Shims)±Z+Z2-Z2+Z4-Z4±Z3±Z52023/3/2366當(dāng)前66頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:勻場(chǎng)(Shimming)x,y,zz,z2x,y,xy,xz,yz,x2y2z,z2,z3x,y,xy,xz,yz,x2y2,xz2,yz2,x2y2z,xyzz,z2,z3,z4x,y,xy,xz,yz,x2y2,xz2,yz2,x2y2z,xyz,x3y3,x2y2z2z,z2,z3,z4,z5,z6SpinningNon-spinning勻場(chǎng)需要豐富經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ).通過(guò)觀察鎖場(chǎng)信號(hào)高低,樣品信號(hào)線形及FID.2023/3/2367當(dāng)前67頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:勻場(chǎng)(Shimming)當(dāng)初次安裝儀器或探頭時(shí),旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)樣品線形是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參考數(shù)據(jù).氫譜的線形數(shù)據(jù)是通過(guò)測(cè)量氘代丙酮中3%的氯仿而得.數(shù)據(jù)

0.3/7/14表明Hzat50%;半峰寬7Hzat0.55%;碳衛(wèi)星峰高度的峰寬14Hzat0.11%1/5碳衛(wèi)星峰高度的峰寬13Csatellites215Hz2023/3/2368當(dāng)前68頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:Shimming樣品旋轉(zhuǎn)在50,0.55and0.11%處確定峰寬數(shù)值50%0.11%0.55%旋轉(zhuǎn)邊帶2023/3/2369當(dāng)前69頁(yè)，總共148頁(yè)。4.NMR:勻場(chǎng)(Shimming)50%0.11%0.55%樣品不旋轉(zhuǎn)在50,0.55and0.11%處確定峰寬數(shù)值2023/3/2370當(dāng)前70頁(yè)，總共148頁(yè)。5.NMR:RF脈沖B0M在傳統(tǒng)坐標(biāo)系中,由于外加磁場(chǎng)對(duì)原子核的作用，磁化矢量以Larmor頻率繞外加磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng).如果旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)頻率與原子核的共振頻率相同，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中則沒(méi)有磁場(chǎng)而磁化矢量也就會(huì)靜止不動(dòng)．但如果旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)頻率與原子核的共振頻率有差別，則磁場(chǎng)就會(huì)出現(xiàn)而磁化矢量會(huì)圍繞此小磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)．此小磁場(chǎng)叫偏置場(chǎng)．DwMM傳統(tǒng)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系在共振共振偏置旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系2023/3/2371當(dāng)前71頁(yè)，總共148頁(yè)。5.NMR:RF脈沖zw1=

weffxzw1Dwxweffzw1=

weffxM在共振的RF脈沖共振偏置的ＲＦ脈沖如果RF脈沖施加在原子核的共振頻率，則磁化矢量就繞施加的ＲＦ場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng).如果RF脈沖未施加在原子核的共振頻率則磁化矢量就繞施加的ＲＦ場(chǎng)與磁場(chǎng)的合場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng).Mzweffxweff2023/3/2372當(dāng)前72頁(yè)，總共148頁(yè)。5.NMR:共振與偏置共振（Onandoffresonance）在共振接近共振偏置共振通過(guò)改變Ｏ１以達(dá)到共振頻率2023/3/2373當(dāng)前73頁(yè)，總共148頁(yè)。由于核磁共振的樣品經(jīng)常包含多余一個(gè)的峰，ＲＦ脈沖不可能對(duì)所有的共振進(jìn)行在共振激發(fā)．但若以高功率的脈沖（使有效場(chǎng)盡可能貼近ＸＹ平面）仍可達(dá)到近似的效果．實(shí)際應(yīng)用上使用短而強(qiáng)的脈沖．zw1Dwxweffzw1=

weffxzw1DwxweffRF(O1)5.NMR:RF脈沖2023/3/2374當(dāng)前74頁(yè)，總共148頁(yè)。p/2=6ms020000400006000080000Dw(Hz)020000400006000080000Dw(Hz)p/2=18msp=36ms磁化矢量與偏置共振的關(guān)系5.NMR:RF脈沖2023/3/2375當(dāng)前75頁(yè)，總共148頁(yè)。計(jì)算脈沖強(qiáng)度:

若p/2脈沖10ms

則2p

脈沖40ms

那么w1＝1/40ms=25kHz若p/2脈沖太長(zhǎng)，可以增加功率是其變短．不要超過(guò)探頭所能負(fù)擔(dān)的功率否則會(huì)損壞探頭?。?！RF功率放大器的輸出功率是用dB.dB的數(shù)值表示與最大輸出功率相比實(shí)際輸出功率衰減的程度．由上式可看出每6dB衰減將使輸出的伏特值減半而使９００脈沖長(zhǎng)度加倍．在ＢＲＵＫＥＲ儀器中，脈沖強(qiáng)度由Ｐl(wèi)n設(shè)定．１２０dB表示小強(qiáng)度，０表示大強(qiáng)度．Attenuation(dB)=-20log(V/Vmax)5.NMR:RF脈沖2023/3/2376當(dāng)前76頁(yè)，總共148頁(yè)。5.NMR:９００脈沖測(cè)定（Paropt）Paropt是一ＡＵ程序．它可改變某一參數(shù)（Ｐ１，Ｄ１，Ｏ１等）并將一系列處理的譜圖列出．譜圖儲(chǔ)存在處理數(shù)控９９９的文件中．運(yùn)行Paropt,首先要得到一譜圖以確定譜圖戰(zhàn)士區(qū)域．(dp1).然后在特定的脈沖強(qiáng)度改變Ｐ１值．最大峰為何９００，第一個(gè)零點(diǎn)為１８００．dp12023/3/2377當(dāng)前77頁(yè)，總共148頁(yè)。通過(guò)限定激發(fā)寬度，我們就可選擇的激發(fā)某一特定區(qū)域．施加等幅或調(diào)制振幅與相位選擇性脈沖可完成這一使命．等幅調(diào)制RF選擇激發(fā)Dante軟脈沖整形脈沖AdiabaticPulsesShapedDante5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/3/2378當(dāng)前78頁(yè)，總共148頁(yè)。通過(guò)對(duì)ＲＦ脈沖的時(shí)域涵數(shù)傅立葉轉(zhuǎn)換，此脈沖的激發(fā)圖象可在頻域譜中直觀的表現(xiàn)出來(lái)．frequencyFT頻率時(shí)間5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/3/2379當(dāng)前79頁(yè)，總共148頁(yè)5000-1000-1500Hz激發(fā)脈沖的時(shí)域與頻域關(guān)系，可使制作整形脈沖和選擇激發(fā)區(qū)域變得容易．RFshapeExcitedregionFT5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/3/2380當(dāng)前80頁(yè)，總共148頁(yè)。RectangleSincSinc(3)GaussHalfGaussDantePulseExcitationFTPulseExcitationFT5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/3/2381當(dāng)前81頁(yè)，總共148頁(yè)。選擇脈沖的長(zhǎng)度決定激發(fā)區(qū)域．Gauss:4ms‘hard’p/2pulseGauss:2msGauss:1ms5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/3/2382當(dāng)前82頁(yè)，總共148頁(yè)。Eburp,20ms通過(guò)改變選擇脈沖的頻率可以改變選擇激發(fā)的位置

spoffs1etc.5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/3/2383當(dāng)前83頁(yè)，總共148頁(yè)。.5.NMR:整形脈沖的一些特性2023/3/2384當(dāng)前84頁(yè)，總共148頁(yè)。6.NMR:Decoupling原子核間的偶合導(dǎo)致譜圖的復(fù)雜化．CHJCHCHJCHoriginalfrequencyww+J/2w-J/2JCH2023/3/2385當(dāng)前85頁(yè)，總共148頁(yè)。6.NMR:去偶(Decoupling)如果峰數(shù)不多，偶合的方式仍可分析出．但當(dāng)很多鋒出現(xiàn)時(shí)，偶合方式的分析就不是那么容易．*CH3-CH2-未去偶?xì)淙ヅ?023/3/2386當(dāng)前86頁(yè)，總共148頁(yè)。氫對(duì)碳的偶合作用可以通過(guò)對(duì)氫施加一個(gè)脈沖消除.此一技術(shù)稱為去偶.對(duì)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(wú)法感覺(jué)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(shuō),對(duì)氫核的飽和照射使碳核原來(lái)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(dāng)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/26.NMR:去偶(Decoupling)2023/3/2387當(dāng)前87頁(yè)，總共148頁(yè)。氫去偶除簡(jiǎn)化碳譜還因?yàn)橛泻说腛verhauser效應(yīng)而增加信噪比.decoupledcoupledC-HC-H2*CH3-CH2-6.NMR:去偶(Decoupling)2023/3/2388當(dāng)前88頁(yè)，總共148頁(yè)。實(shí)際應(yīng)用中,一個(gè)連續(xù)脈沖照射在氫的共振頻率而不是使用一系列1800脈沖.次法稱為寬帶去偶.去偶實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意以下兩點(diǎn):1.氫脈沖應(yīng)施加在氫的共振頻率上.2脈沖的強(qiáng)度要足夠強(qiáng)但又要比探頭承受的強(qiáng)度低.6.NMR:去偶(Decoupling)2023/3/2389當(dāng)前89頁(yè)，總共148頁(yè)。6.NMR:去偶與脈沖強(qiáng)度的關(guān)系01.55去偶與脈沖強(qiáng)度的關(guān)系2023/3/2390當(dāng)前90頁(yè)，總共148頁(yè)。6.NMR:去偶,脈沖強(qiáng)度及偏值頻率的關(guān)系ProtonresonanceoffsetProtonRFpower2023/3/2391當(dāng)前91頁(yè)，總共148頁(yè)。6.NMR:組合脈沖去偶(CompositePulseDecoupling)在工作上的去偶實(shí)驗(yàn)很易成功,但偏置共振中,去偶效率隨偏置頻率的增加很快降低.雖可增加脈沖強(qiáng)度,但探頭對(duì)大功率的承受程度又阻止無(wú)限增加脈沖強(qiáng)度.好的解決方法就是將去偶的強(qiáng)度均勻開(kāi)以增加去偶的寬度.一系列的組合脈沖適用于此一目的.Waltz,Garp,Dipsi,Mlevetc.稱為組合脈沖去偶序列或CPD.使用這些脈沖序列要設(shè)置兩個(gè)基本點(diǎn)參數(shù)900脈沖長(zhǎng)度及強(qiáng)度.2023/3/2392當(dāng)前92頁(yè)，總共148頁(yè)。7.NMR:水峰壓制(WaterSuppression)核磁共振實(shí)驗(yàn)樣品有許多是溶在水中,而水的共振信號(hào)又是實(shí)際樣品的數(shù)千甚至數(shù)萬(wàn)倍.ADC的資源基本上被用來(lái)描述水峰而很少一部分用來(lái)描述實(shí)際的樣品以致樣品的信號(hào)被淹沒(méi)在噪音.x64問(wèn)題:-動(dòng)態(tài)范圍;-實(shí)際樣品的信號(hào)低S/N;-實(shí)際樣品的信號(hào)淹沒(méi)在基線噪音中;-接近水峰的信號(hào)”騎”在水峰上.解決方法:在采樣前壓制水峰.一經(jīng)常用到的方法是預(yù)飽和.2023/3/2393當(dāng)前93頁(yè)，總共148頁(yè)。7.NMR:預(yù)飽和(Presaturation)使用一長(zhǎng)約定1-2s而低的脈沖選擇的使水峰達(dá)飽和狀態(tài),然后用一硬900脈沖激發(fā)樣品.其結(jié)果是使接受器的增益參數(shù)增加而提高動(dòng)態(tài)范圍及S/N.zgrg=1zgprrg=64壓水峰實(shí)驗(yàn):1.脈沖序列zgpr;2.預(yù)飽和時(shí)間為1.5s;3.O1移到水峰位置.4.逐漸的增加脈沖強(qiáng)度;5.優(yōu)化勻場(chǎng)條件,并準(zhǔn)確調(diào)整O1位置.2023/3/2394當(dāng)前94頁(yè)，總共148頁(yè)。8.Two-DimensionalNMR如果使用兩個(gè)基本點(diǎn)脈沖采集一系列譜圖,同時(shí)依此增加兩脈沖的時(shí)間間隔t1.第一個(gè)脈沖將磁化矢量轉(zhuǎn)到XY平面上,此磁化矢量將圍繞Z-軸旋轉(zhuǎn).由于在不同時(shí)間內(nèi)磁化矢量轉(zhuǎn)到不同的位置,導(dǎo)致第二個(gè)脈沖過(guò)后采集到的FID具有不同的相位和振幅.于是可以說(shuō)這一系列FID的相位和振幅被t1所調(diào)制.增加t1t1t22023/3/2395當(dāng)前95頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMRFID的相位及振幅被t1調(diào)制也就等于譜圖的相位及振幅被t1調(diào)制.從傅立葉轉(zhuǎn)換中很容易看到這一點(diǎn).FT(t2)t2t1t1f22023/3/2396當(dāng)前96頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR對(duì)t1進(jìn)行第二次傅立葉轉(zhuǎn)換就可以確定調(diào)制頻率.就是將所有譜圖的第一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行傅立葉轉(zhuǎn)換,然后第二個(gè)點(diǎn)一直到所有的點(diǎn).所得的譜圖就是一個(gè)單位均為頻率的兩維譜圖.FT(t1)f2f2f1t12023/3/2397當(dāng)前97頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR2DNMR譜圖常以輪廓圖表示而不用三維的方式.相同情況同樣使用在地圖上1020304050602040600.511.521020304050601020304050602023/3/2398當(dāng)前98頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR兩維譜圖可簡(jiǎn)化圖譜增加分辨率同時(shí)也可得到原子間的相關(guān)關(guān)系.2023/3/2399當(dāng)前99頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR:Cosy2DCosy

譜中,交叉峰f1=a,f2=b表明a與b有自旋-自旋偶合作用.投影圖將給出一般的氫譜543210012345C交叉峰s對(duì)角線峰2023/3/23100當(dāng)前100頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR:Cosy500MHzN-typeCOSYspectrumofStrychnine,.RFp/2FIDp/2t1Cosy

經(jīng)常用于氫的二維譜.在此基礎(chǔ)上演化出Tocsy,andDQF-Cosy.2023/3/23101當(dāng)前101頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR:NoesyNoesy的交叉峰表示原子相互在空間上相鄰.其強(qiáng)度可用來(lái)估算原子間距并以此推斷分子的空間結(jié)構(gòu).HaHb012345543210fafbfcHc2023/3/23102當(dāng)前102頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR:NoesyNoesy

經(jīng)常被用來(lái)確定一些生物大分子象蛋白質(zhì),核酸,DNA,RNA等.水中g(shù)ramicidine的400MHzNoesy譜.2023/3/23103當(dāng)前103頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR:異核相關(guān)譜(HeteronuclearCorrelation)1008060402002543101H13CC-H異核相關(guān)譜給出碳?xì)涞呐己详P(guān)系.2023/3/23104當(dāng)前104頁(yè)，總共148頁(yè)。8.2DNMR:HeteronuclearCorrelation異核相關(guān)譜可通過(guò)觀測(cè)碳(1H-13CHetcor)或觀測(cè)氫(HMQC,HSQC).觀測(cè)氫的實(shí)驗(yàn)也稱做反相實(shí)驗(yàn).FID1Hp/2p13Cp/2p/2DDt113C-1HHMQCofSucroseinD2O13C1H2023/3/23105當(dāng)前105頁(yè)，總共148頁(yè)。核磁共振光譜中的磁場(chǎng)梯度原理PrinciplesofMagneticFieldGradientsinNMRSpectroscopy9.磁場(chǎng)梯度(MagneticFieldGradients)2023/3/23106當(dāng)前106頁(yè)，總共148頁(yè)。梯度場(chǎng)被廣泛的應(yīng)用在核磁共振實(shí)驗(yàn),其特點(diǎn)是:-消除額外干擾信號(hào)而增加動(dòng)態(tài)范圍.-節(jié)省時(shí)間(不在需要相位循環(huán))-減少信號(hào)干擾(t1-噪音)-提高譜圖質(zhì)量.9.磁場(chǎng)梯度(MagneticFieldGradients)2023/3/23107當(dāng)前107頁(yè)，總共148頁(yè)。‘Worstcase’scenarioCosyspectrum.t1-噪音峰中央峰(axialpeaks)掃描循環(huán)太快在相同條件下采集的梯度場(chǎng)Cosy譜9.磁場(chǎng)梯度(MagneticFieldGradients)2023/3/23108當(dāng)前108頁(yè)，總共148頁(yè)。同性均勻磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)頻率(Larmor)w

正比與giB0gi

磁旋比.

g1H=4g13C若B0=11.7T那么w1H=500MHz在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(w)磁化矢量靜止不動(dòng)zB0uvzxy9.梯度場(chǎng)2023/3/23109當(dāng)前109頁(yè)，總共148頁(yè)。在外磁場(chǎng)施加一個(gè)Z方向的梯度場(chǎng).施加的梯度場(chǎng)與外磁場(chǎng)疊加,因此,原子核將經(jīng)歷一個(gè)不同的磁場(chǎng).因而將圍繞新的磁場(chǎng)以不同的頻率進(jìn)動(dòng).w(z)=gB0+gzGzzB0uv+++++zGzzxy9.梯度場(chǎng)2023/3/23110當(dāng)前110頁(yè)，總共148頁(yè)。在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)西中,假如梯度場(chǎng)強(qiáng)為20G/cm線圈的有效長(zhǎng)度是1cm.1Gauss相當(dāng)于4258Hz氫的頻率.處于z=+0.5cm的原子核就會(huì)以0.5*20*4258=42580Hz的速度旋轉(zhuǎn),而在z=0的原子則靜止不動(dòng).zB0uv+++++00.250.5-0.25-0.5

02129042580-21290-42580wz(Hz)zGzzxyz(cm)在外磁場(chǎng)施加一個(gè)Z方向的梯度場(chǎng).9.梯度場(chǎng)2023/3/23111當(dāng)前111頁(yè)，總共148頁(yè)。由于所處不同平面位置的原子核將感受到不同的磁場(chǎng)而磁化矢量具有不同的旋轉(zhuǎn)頻率,從而形螺旋狀,其螺矩取決于梯度場(chǎng)的強(qiáng)度.zB0uv+++++zGzzxy9.梯度場(chǎng)2023/3/23112當(dāng)前112頁(yè)，總共148頁(yè)。MRI/NMRimaging疊加在主磁場(chǎng)上的梯度場(chǎng)使原子核的共振頻率成為空間的涵數(shù).在核磁成象(MRI)實(shí)驗(yàn)中,磁化矢量是在梯度場(chǎng)打開(kāi)的情況下檢測(cè)的.所以MRI譜圖給出頻率的分布.每一頻率層表明樣品中的不同位置而其強(qiáng)度表明具有相同頻率原子核的數(shù)量.(ReproducedfromErnstetal.PrinciplesOfNuclearMagneticResonanceinOneandTwoDimensions,OxfordUniversityPress)9.梯度場(chǎng)成象2023/3/23113當(dāng)前113頁(yè)，總共148頁(yè)。xyxzimageplaney9.Gradients:Imaging2023/3/23114當(dāng)前114頁(yè)，總共148頁(yè)。9.梯度場(chǎng)在NMR的應(yīng)用由于梯度場(chǎng)使處于不同位置的原子核具有不同的頻率,因此在施加梯度場(chǎng)前轉(zhuǎn)到XY平面的聚焦的磁化矢量,在梯度場(chǎng)打開(kāi)后會(huì)很快散開(kāi).梯度場(chǎng)關(guān)閉磁化矢量將以沒(méi)有梯度場(chǎng)時(shí)的頻率旋轉(zhuǎn).梯度場(chǎng)實(shí)際是以脈沖的形式施加在樣品上.不同強(qiáng)度的梯度場(chǎng)脈沖可以使磁化矢量散開(kāi)相同的程度,只是施加梯度場(chǎng)的時(shí)間不同而已.磁化矢量注意:只有橫向磁化矢量被散焦,而縱向磁化矢量不受影響.信號(hào)XY2023/3/23115當(dāng)前115頁(yè)，總共148頁(yè)。9.梯度場(chǎng)(水峰壓制)1.選擇激發(fā)水峰2.施加梯度場(chǎng)打散水峰信號(hào)3.900硬脈沖激發(fā)其他峰信號(hào).0002023/3/23116當(dāng)前116頁(yè)，總共148頁(yè)。p/2p/2RF水峰梯度FIDref:Doddrelletal.J.Mag.Reson1986,70,1762mMSucroseinH2Otop:singlepulsebot:Submergerg=1rg=64x89.梯度場(chǎng)(水峰壓制)SUBMERGE:使用梯度場(chǎng)及選擇性脈沖的水峰壓制2023/3/23117當(dāng)前117頁(yè)，總共148頁(yè)。在許多應(yīng)用中,被梯度場(chǎng)打散的確信號(hào)有通過(guò)施加梯度場(chǎng)重新聚焦形成回波.兩個(gè)基本的脈沖序列,‘gradientrecalledecho’和‘gradientspinecho’.1.GradientRecalledEcho5RF梯度場(chǎng)FID1234p/2XY143259.梯度回波2023/3/23118當(dāng)前118頁(yè)，總共148頁(yè)。RFp/2梯度場(chǎng)FIDstartacquisition時(shí)間(ms)05101520259.梯度回波2023/3/23119當(dāng)前119頁(yè)，總共148頁(yè)。2a.自旋回波2b.梯度回波RFFID12345p/2pRFFID梯度場(chǎng)123456p/2pXY143256XY143259.梯度回波2023/3/23120當(dāng)前120頁(yè)，總共148頁(yè)。RFp/2梯度場(chǎng)FID開(kāi)始采樣時(shí)間(ms)0510152025p9.梯度回波2023/3/23121當(dāng)前121頁(yè)，總共148頁(yè)。RFp/2梯度場(chǎng)FIDref:Piottoetal.J.Biomol.NMR(1992),2,661選擇1800脈沖翻轉(zhuǎn)除水外原子核的自旋狀態(tài)2mMSucroseinH2Otop:singlepulsebot:Watergaterg=1rg=64水門(WATERGATE)利用梯度回波的水峰壓制9.梯度場(chǎng):水峰壓制2023/3/23122當(dāng)前122頁(yè)，總共148頁(yè)。9.梯度場(chǎng)替代脈沖相循環(huán)許多NMR實(shí)驗(yàn)利用RF脈沖的相循環(huán)以選擇需要的”coherences”(同相重疊態(tài)).梯度場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)同一目的從而消除了相循環(huán).

例如COSY

實(shí)驗(yàn).為實(shí)現(xiàn)正交檢測(cè),消除橫向軸峰需要四步相循環(huán).而使用梯度場(chǎng)一步即可完成.RFp/2gradientFIDp/2t11nn=1N-typen=-1P-type2023/3/23123當(dāng)前123頁(yè)，總共148頁(yè)。9.COSYP/N選擇:一次掃描500MHzvinylbromide的氫COSY譜.只掃描一次導(dǎo)致P,N-型譜同時(shí)出現(xiàn).RFp/2FIDp/2t1相位00CHHHC=BrN-type對(duì)角線AxialpeaksP-type對(duì)角線2023/3/23124當(dāng)前124頁(yè)，總共148頁(yè)。500MHzvinylbromide的氫COSY譜.掃描四次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測(cè).RFp/2FIDp/2t1相位009018027001800180CHHHC=Br9.COSYP/N選擇:相循環(huán)2023/3/23125當(dāng)前125頁(yè)，總共148頁(yè)。500MHzvinylbromide的氫COSY譜.使用梯度場(chǎng)掃描一次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測(cè).RFp/2梯度場(chǎng)FIDp/2t11nn=1P-typeCHHHC=Br9.COSYP/N選擇:梯度場(chǎng)2023/3/23126當(dāng)前126頁(yè)，總共148頁(yè)。n=-1N-typeCHHHC=Br500MHzvinylbromide的氫COSY譜.使用梯度場(chǎng)掃描一次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測(cè).RFp/2梯度場(chǎng)FIDp/2t11n9.COSYP/N選擇:梯度場(chǎng)2023/3/23127當(dāng)前127頁(yè)，總共148頁(yè)。500MHzN-type

Strychnine的氫COSY譜.使用梯度場(chǎng)掃描一次9.COSYP/N選擇:梯度場(chǎng)2023/3/23128當(dāng)前128頁(yè)，總共148頁(yè)。9.多量子過(guò)濾中的梯度場(chǎng)500MHz使用單(上)雙(下)量子過(guò)濾的重水中蔗糖的氫譜.RFp/2梯度場(chǎng)FIDp/2p/21n多量子同相重疊態(tài)的”階”指兩狀態(tài)的磁量子數(shù)之差.處在多量子同相重疊態(tài)的核磁子散相的速度與其”階”成正比.通過(guò)使用一定比例的一對(duì)梯度檢測(cè)之前而可以選擇的聚焦某一處于多量子同相重疊態(tài)的原子核.2023/3/23129當(dāng)前129頁(yè)，總共148頁(yè)。甲乙醚:CH3-CH2-OCH3MQ選擇(1:n)的兩梯度場(chǎng)CH2OCH3CH3n=1n=2n=3n=4n=59.多量子過(guò)濾中的梯度場(chǎng)2023/3/23130當(dāng)前130頁(yè)，總共148頁(yè)。500MHz雙量子過(guò)濾的COSY譜(mof1,4androstene-dione),一次掃描.9.多量子過(guò)濾中的梯度場(chǎng)2023/3/23131當(dāng)前131頁(yè)，總共148頁(yè)。9.異核梯度實(shí)驗(yàn)在1H-13C反相實(shí)驗(yàn)中,一個(gè)需要解決的問(wèn)題是抑制那些沒(méi)有與13C相連的氫的信號(hào).梯度提供了一種比相循環(huán)更有效的方法.x128氯仿上:單脈沖下:一維梯度的HSQC.rg=1rg=642023/3/23132當(dāng)前132頁(yè)，總共148頁(yè)。梯度場(chǎng)作用在不同的核將引起不同的進(jìn)動(dòng)頻率.w(z)=giGzz.例如z=0.5andGz=20G/cm的氫核,具有42580Hz,而碳核10625Hz(g13C=1/4g1H).13CFID1Htransfergradient14gradient14or在一些異核的實(shí)驗(yàn)中,有時(shí)利用將磁化矢量從一個(gè)核轉(zhuǎn)