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目錄 1系統(tǒng)簡介2核磁共振儀器的組成及工作原理3核磁共振原理 原子核間的相互作用4儀器的分辨率及穩(wěn)定性5RF脈沖6去偶7水峰的壓制技術(shù)8兩維核磁共振9核磁共振中梯度場的應(yīng)用10 高分辨魔角旋轉(zhuǎn)光譜11 固體核磁共振 1 簡單介紹 2 核磁共振 簡介 核磁共振或簡稱NMR是一種用來研究物質(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 3 核磁共振 簡介 雖然一小部分核磁共振儀器在工業(yè)上被用來做質(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聚合物特性測定PolymerCharacterization藥品開發(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Hospitals 4 核磁共振 簡介 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 核磁共振研究的對象是原子核 一滴水大約由1022分子組成 m mm 10 6m nm 10 9m A 10 10m 5 核磁共振 簡介 具有非零自旋量子數(shù)的原子核具有自旋角動量 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)置放于磁場中 原來無規(guī)則的磁矩矢量會重新排列而平行于外加的磁場 與外磁場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) B0 M 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 其方向與外磁場方向相同 6 核磁共振 簡介 在磁場中 原來簡并的能級分裂成不同的能級狀態(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的躍遷 原子核能級的變化不僅取決于外部磁場強(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 通過接受器 傅立葉轉(zhuǎn)換就得到核磁共振譜圖 B0 M B0 M RF脈沖 接收器Receiver FT S t S w 7 核磁共振 簡介 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Solids 成像 NMR 8 核磁共振 簡介 Larmor頻率 化學(xué)位移 自旋 自旋偶合 e g B0 11 7T w 1H 500MHzw 13C 125MHz化學(xué)位移 B0 kHz自旋 自旋偶合 Hz kHz 9 核磁共振 簡介 Information Larmor頻率原子核化學(xué)位移 結(jié)構(gòu)測定 功能團(tuán) J 偶合 結(jié)構(gòu)測定 原子的相關(guān)性 偶極偶合 結(jié)構(gòu)測定 空間位置關(guān)系 弛豫 動力學(xué) 1H 13C CH3 C CH C C CH3 10 核磁共振 簡介 分辨率可通過提高外磁場強(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 11 NMR譜儀 FM Audio 反饋 12 NMR譜儀 磁體 探頭 機(jī)柜 RF產(chǎn)生RF放大信號檢測數(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)儲存 數(shù)據(jù)處理 總體控制 13 NMR譜儀 機(jī)柜 AQX Digital CCUTCUFCURCU VTunit BSMSshimlockCCU AQRASURouterACBADCRX22 Amplifier Amplifier PTS 14 NMR譜儀 探頭 RF接口 RF線圈 調(diào)諧元件 電容器 Helmholtz Solenoid 15 RF CoilinNMRProbes 16 NMR譜儀 術(shù)語和簡寫 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OperatorInstructionsforexperiment 17 NMR譜儀 術(shù)語和簡寫 AV系統(tǒng) FCU 頻率控制單元FrequencyControlUnitSGU 信號產(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OperatorInstructionsforexperiment 18 2 NMR檢測 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 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 頻率掃描寬度 折反峰folding B0 M B0 M RFpulse Receiver FT S t S w A E C B D 19 2 a 宏觀磁化強(qiáng)度矢量 M 具有非零自旋量子數(shù)的原子核具有自旋角動量 因而也就具有磁矩 在磁場中 原來無規(guī)則的磁矩矢量會重新排列而平行于外加的磁場 與外磁場同向和反向的磁矩矢量符合Boltzmann分布 磁矩矢量沿磁場方向的進(jìn)動使XY平面上的投影相互抵消 由于沿磁場方向能量較低 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非常小而無法觀測 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方向相同 以此矢量來描述宏觀樣品的核磁特性 20 2 a Larmor頻率 核磁矩沿外磁場方向進(jìn)動的頻率稱為Larmor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的大小 g是磁旋比 它是原子核本身的屬性并只能通過實(shí)驗(yàn)獲取 在案BRUKER儀器上 原子核的頻率是通過參數(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來完成 On叫頻率偏差頻率或偏置頻 所以總頻率為SFOn SFO1 BF1 O1 21 2 b RF脈沖 核磁信號只能在核磁化矢量位于XY平面時(shí)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(zhuǎn)向X 或Y 軸 M 當(dāng)觀測信號時(shí) RF脈沖是處于關(guān)閉狀態(tài) NMR信號是在微伏 microvolts 而RF脈沖是在千伏kilovolts 22 2 b 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 為了更好的描述與簡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 x z y x y z 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 23 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 核磁信號也以大致相當(dāng)?shù)念l率饒Z旋轉(zhuǎn) 然而此高頻信號 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 就將檢測到的信號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 2 b 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 24 2 b RF脈沖 通過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 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 只要RF脈沖打開 則磁化矢量的轉(zhuǎn)動就不會停止 磁化矢量的轉(zhuǎn)動速度取決于脈沖強(qiáng)度 脈沖長度將決定磁化矢量停止的位置 M rf x y z 45o 90o 180o 270o 360o 25 2 b RF脈沖 90o或p 2脈沖將給出最大的信號 所以也就成為準(zhǔn)確測定此參數(shù)的原因之一 在特定的功率強(qiáng)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(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)來描述其標(biāo)準(zhǔn)單位是dB M rf x y z Pulselength 90 180 270 360 26 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 27 2 c 信號接收 M B0 接受 發(fā)射線圈 經(jīng)過脈沖照射后 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(zhuǎn)換器將此信號數(shù)字化 V t 28 2 c 前置放大器 Preamp 去接收器的信號 從功放來的RF脈沖 HPPR 前置放大器HPPR 前置放大器有兩種用途 1 放大檢測的NMR信號 從微伏到毫伏 2 分離高能RF脈沖與低能NMR信號 前置放大器含有一接收發(fā)射開關(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接收器 29 2 c 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 30 2 c 接收器 Receiver mixing 信號 10 800MHz SFO1 22MHz 32 822MHz 自由衰減信號 FID audio 0 100kHz 接收器 RX22 Digitizer HADC 計(jì)算機(jī)儲存 RX22檢測過程 具有Larmor頻率NMR信號將被混合兩次 首先將信號與SFO1 22MHz的脈沖混合 然后將所得信號再與22MHz混合而得到具有音頻的自由衰減信號 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 IF22MHz 31 2 c ADC NMR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(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) 32 2 d 自由衰減信號 FreeInductionDecay NMR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 自旋弛預(yù)造成 T2relaxation 在BRUKER儀器中 時(shí)域信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)是由參數(shù)TD設(shè)定 為使時(shí)域信號能夠被完全采集到 TD應(yīng)為一適當(dāng)?shù)闹?以免使信號被剪斷 truncation TDsetproper TDtoosmall 33 2 d 信號平均 SignalAveraging 在測量NMR信號的同時(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 信號平均是指通過增加掃描次數(shù)來壓制噪音而增加信號強(qiáng)度的方法 N次額外的掃描回給出倍的增強(qiáng)的信號強(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 也就是說要考慮參數(shù)D1的設(shè)置 noiselevel signal 34 2 d 信號平均 SignalAveraging FID 譜圖 NS S N 1 4 16 256 1 ref 2x 4x 16x 35 2 d 弛豫效應(yīng) Relaxation NMR信號是一個(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) 溫度以及外加磁場的大小有關(guān) 信號平均方法成功的關(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)信號的目的 T1 30s 4scansa D1 150s 90opulse 600s b D1 15s 90opulse 60s c D1 15s 30opulse 60s a b c 36 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信號包含許多共振頻率的復(fù)合信號 分析研究這樣一個(gè)符合信號顯然是很困難的 傅立葉轉(zhuǎn)換 FT 提供了一種更為簡單的分析研究方法 就是將時(shí)域信號通過傅立葉轉(zhuǎn)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 time frequency FT 37 2 e 傅立葉轉(zhuǎn)換 FourierTransformation 由于NMR檢測器不能檢測出順時(shí)針或反時(shí)針方向的核磁信號 傅立葉轉(zhuǎn)換后 將給出 w和 w兩個(gè)峰 x FT 0 w w 38 NMRSignal Reference SFO1 90o 0o ADC A B Real Imaginary 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 正交檢測方法被用來解決這一問題 通過使用具有900相位差的兩個(gè)基本點(diǎn)檢測器 正負(fù)頻率就很容易區(qū)分開 實(shí)際應(yīng)用中 并非使用兩個(gè)檢測器 而是使用一個(gè)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(gè)通道中 2 e 正交檢測 QuadratureDetection 39 2 e 正交檢測 QuadratureDetection ChannelA ChannelB FT FT ChannelA B 40 2 e 傅立葉轉(zhuǎn)換對 cosine Exponential slow Exponential fast block pulse noise 41 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)間由于信號已沒 所采集到的只是噪音 在FID的尾部通過填零的方法可以很好的解決這個(gè)文題 TD SI 128 TD 128 SI 1024 TD TD SI 42 2 e 線寬因子 LineBroadening Lb 0 Lb 5 Lb 10 NMR信號一般都集中在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) 43 2 e 傅立葉轉(zhuǎn)換 一個(gè)有問題的圖譜可以通過檢查FID來診斷 時(shí)域上兩個(gè)涵書的乘積經(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 x FT 44 2 e 傅立葉轉(zhuǎn)換 FourierTransformation 正確圖譜 Spike Arcing Badlineshape shimming 45 2 e 傅立葉轉(zhuǎn)換 FourierTransformation 采樣快慢決定了觀測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 1000Hz sw 500Hz dw 0 5ms dw 1ms 46 2 e 峰折返 Folding 當(dāng)NMR信號數(shù)字化時(shí)速度太慢時(shí)會導(dǎo)致對FID信號頻率的錯(cuò)誤表達(dá) 數(shù)學(xué)上為能正確確定一經(jīng)過坐標(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FID信號數(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 47 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是所觀測的原子核Larmor頻率 o1是偏置頻率可以用來改變頻域譜圖的中央點(diǎn) 48 2 e 頻域譜圖寬度 SpectralWindow 在實(shí)際測試未知樣品時(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sw 2 調(diào)整o1 3 調(diào)整sw o1 newo1 sw sw newsw 49 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 通過相位調(diào)整可以的到純粹的吸收峰 Re Im Re Im Inphase Outofphase 50 2 e 相位調(diào)整 Phasing 在BRUKER儀器中 相位調(diào)整首先對最大峰進(jìn)行零級相位調(diào)整PH0 然后以一級相位調(diào)整PH1來調(diào)節(jié)其他的峰 1 FTphase 2 Adjustph0onbiggestpeak 3 Adjustotherpeakswithph1 51 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 52 3 NMR 化學(xué)位移 ChemicalShift 在磁場中 由于原子核外電子的運(yùn)動而產(chǎn)生一個(gè)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(gè)比外加磁場小的磁場 B0 Blo 此一現(xiàn)象我們稱做化學(xué)位移作用或屏敝作用 B0 Be 原子核實(shí)際感受到的磁場 B 1 s B0s化學(xué)位移常數(shù) 53 3 NMR PPM單位 由于化學(xué)位移是與外加磁場成正比 所以在不同的磁場下所的花絮位移數(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(dú)立于外加磁場 參照樣品峰 300MHz 500MHz 300MHz 500MHz 1ppm 300Hz 1ppm 500Hz 54 3 NMR 化學(xué)位移 ChemicalShift HC O HC CH2 CH3 即使使用不同的儀器或在不同的場強(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 55 3 NMR 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(xué)鍵 這一作用就叫自旋 自旋偶合作用 J 偶合 特點(diǎn)是通過化學(xué)鍵的間接作用 C H C H H C 異核J coupling 同核J coupling JCH JHH 56 3 NMR 自旋 自旋偶合 ScalarCoupling 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 原始頻率 w w J 2 w J 2 JCH 57 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 58 3 NMR 同核J 偶合 HomonuclearJ Coupling Ha Hb C C Hc A B C B C A A B C是化學(xué)等價(jià)的核 JAB JAC 59 3 NMR 同核J 偶合 HomonuclearJ Coupling Ha Hb C C Hc B C是化學(xué)不等價(jià)的核 JAC 10Hz JAC 4Hz JBC 7Hz A B C wA JAC JAC 60 3 NMR 異核J 偶合 HeteronuclearJ Coupling CH CH2 CH3 C 61 3 NMR 異核J 偶合 HeteronuclearJ Coupling 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)偶合分裂的峰和無偶合的峰 氯仿中的氫譜是一個(gè)典型的例子 x100 H 13C H 13C 105Hz H 12C 62 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線寬要非常得心應(yīng)手小 穩(wěn)定性是通過穩(wěn)定的磁體及鎖場系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) 而小的線寬則通過能提供均勻場強(qiáng)的磁體及勻場來完成 63 4 NMR 鎖場 Lock 實(shí)驗(yàn)對磁場穩(wěn)定性的要求可以通過鎖場實(shí)現(xiàn) 通過不間斷的測量一參照信號 氘信號 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 2D LockTX LockRX Lockfreq D Z0 coil 64 4 NMR 勻場 Shimming 在樣品中 磁場強(qiáng)度應(yīng)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(yīng)給出相同的共振峰 為達(dá)此目的 一系列所謂勻場線圈按繞制所提供的涵數(shù)方式給出補(bǔ)償以消除磁場的不均勻性 從而得到窄的線形 實(shí)際應(yīng)用中可分為低溫勻場 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 65 4 NMR 勻場 Shimming 勻場線圈分為兩組 改變Z 軸方向場強(qiáng)的稱為縱向勻場 axial on axisorz shims 改變垂直與Z 軸方向場強(qiáng)的稱為橫向勻場 transverseoroff axisshims 66 4 NMR 勻場效果 EffectofZ Shims Z Z2 Z2 Z4 Z4 Z3 Z5 67 4 NMR 勻場 Shimming 勻場需要豐富經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ) 通過觀察鎖場信號高低 樣品信號線形及FID 68 4 NMR 勻場 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)是通過測量氘代丙酮中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 13Csatellites 215Hz 69 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 70 4 NMR 勻場 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 71 5 NMR RF脈沖 在傳統(tǒng)坐標(biāo)系中 由于外加磁場對原子核的作用 磁化矢量以Larmor頻率繞外加磁場進(jìn)動 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)系中則沒有磁場而磁化矢量也就會靜止不動 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 則磁場就會出現(xiàn)而磁化矢量會圍繞此小磁場運(yùn)動 此小磁場叫偏置場 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 72 5 NMR RF脈沖 z w1 weff x M 在共振的RF脈沖 共振偏置的 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 場轉(zhuǎn)動 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 場與磁場的合場方向轉(zhuǎn)動 73 5 NMR 共振與偏置共振 Onandoffresonance 在共振 接近共振 偏置共振 通過改變 以達(dá)到共振頻率 74 5 NMR RF脈沖 由于核磁共振的樣品經(jīng)常包含多余一個(gè)的峰 脈沖不可能對所有的共振進(jìn)行在共振激發(fā) 但若以高功率的脈沖 使有效場盡可能貼近 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 RF O1 75 5 NMR RF脈沖 76 5 NMR RF脈沖 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 可以增加功率是其變短 不要超過探頭所能負(fù)擔(dān)的功率否則會損壞探頭 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 脈沖長度加倍 在 儀器中 脈沖強(qiáng)度由 ln設(shè)定 dB表示小強(qiáng)度 表示大強(qiáng)度 Attenuation dB 20log V Vmax 77 5 NMR 脈沖測定 Paropt Paropt是一 程序 它可改變某一參數(shù) 等 并將一系列處理的譜圖列出 譜圖儲存在處理數(shù)控 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 值 最大峰為何 第一個(gè)零點(diǎn)為 dp1 78 5 NMR 選擇性脈沖 SelectiveRFPulses 通過限定激發(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 AdiabaticPulses ShapedDante 79 5 NMR 選擇性脈沖 SelectiveRFPulses 通過對 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 frequency FT 頻率 時(shí)間 80 5 NMR 選擇性脈沖 SelectiveRFPulses 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 81 5 NMR 選擇性脈沖 SelectiveRFPulses 82 選擇脈沖的長度決定激發(fā)區(qū)域 Gauss 4ms hard p 2pulse Gauss 2ms Gauss 1ms 5 NMR 選擇性脈沖 SelectiveRFPulses 83 5 NMR 選擇性脈沖 SelectiveRFPulses Eburp 20ms 通過改變選擇脈沖的頻率可以改變選擇激發(fā)的位置spoffs1etc 84 5 NMR 整形脈沖的一些特性 85 6 NMR Decoupling 原子核間的偶合導(dǎo)致譜圖的復(fù)雜化 originalfrequency w w J 2 w J 2 JCH 86 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 氫去偶 87 6 NMR 去偶 Decoupling 氫對碳的偶合作用可以通過對氫施加一個(gè)脈沖消除 此一技術(shù)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 p pulseonH 這相當(dāng)于使用一系列1800脈沖快速照射氫核 w J 2 w J 2 w J 2 w J 2 w J 2 w J 2 88 6 NMR 去偶 Decoupling 氫去偶除簡化碳譜還因?yàn)橛泻说腛verhauser效應(yīng)而增加信噪比 decoupled coupled C H C H2 CH3 CH2 89 6 NMR 去偶 Decoupling 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 90 6 NMR 去偶與脈沖強(qiáng)度的關(guān)系 去偶與脈沖強(qiáng)度的關(guān)系 91 6 NMR 去偶 脈沖強(qiáng)度及偏值頻率的關(guān)系 Protonresonanceoffset ProtonRFpower 92 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 但探頭對大功率的承受程度又阻止無限增加脈沖強(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脈沖長度及強(qiáng)度 93 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 而水的共振信號又是實(shí)際樣品的數(shù)千甚至數(shù)萬倍 ADC的資源基本上被用來描述水峰而很少一部分用來描述實(shí)際的樣品以致樣品的信號被淹沒在噪音 x64 問題 動態(tài)范圍 實(shí)際樣品的信號低S N 實(shí)際樣品的信號淹沒在基線噪音中 接近水峰的信號 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 94 7 NMR 預(yù)飽和 Presaturation 使用一長約定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)增加而提高動態(tài)范圍及S N 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)化勻場條件 并準(zhǔn)確調(diào)整O1位置 95 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)脈沖過后采集到的FID具有不同的相位和振幅 于是可以說這一系列FID的相位和振幅被t1所調(diào)制 增加t1 t1 t2 96 8 2DNMR FID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 t2 t1 t1 f2 97 8 2DNMR 對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 f2 f2 f1 t1 98 8 2DNMR 2DNMR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 99 8 2DNMR 兩維譜圖可簡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 100 8 2DNMR Cosy 2DCosy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 101 8 2DNMR Cosy 500MHzN typeCOSYspectrumofStrychnine Cosy經(jīng)常用于氫的二維譜 在此基礎(chǔ)上演化出Tocsy andDQF Cosy 102 8 2DNMR Noesy Noesy的交叉峰表示原子相互在空間上相鄰 其強(qiáng)度可用來估算原子間距并以此推斷分子的空間結(jié)構(gòu) Ha Hb fc Hc 103 8 2DNMR Noesy Noesy經(jīng)常被用來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 104 8 2DNMR 異核相關(guān)譜 HeteronuclearCorrelation C H異核相關(guān)譜給出碳?xì)涞呐己详P(guān)系 105 8 2DNMR HeteronuclearCorrelation 異核相關(guān)譜可通過觀測碳 1H 13CHetcor 或觀測氫 HMQC HSQC 觀測氫的實(shí)驗(yàn)也稱做反相實(shí)驗(yàn) 13C 1HHMQCofSucroseinD2O 13C 1H 106 核磁共振光譜中的磁場梯度原理PrinciplesofMagneticFieldGradientsinNMRSpectroscopy 9 磁場梯度 MagneticFieldGradients 107 梯度場被廣泛的應(yīng)用在核磁共振實(shí)驗(yàn) 其特點(diǎn)是 消除額外干擾信號而增加動態(tài)范圍 節(jié)省時(shí)間 不在需要相位循環(huán) 減少信號干擾 t1 噪音 提高譜圖質(zhì)量 9 磁場梯度 MagneticFieldGradients 108 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Cosy譜 9 磁場梯度 MagneticFieldGradients 109 同性均勻磁場 進(jìn)動頻率 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 9 梯度場 110 在外磁場施加一個(gè)Z方向的梯度場 施加的梯度場與外磁場疊加 因此 原子核將經(jīng)歷一個(gè)不同的磁場 因而將圍繞新的磁場以不同的頻率進(jìn)動 w z gB0 gzGz 9 梯度場 111 在外磁場施加一個(gè)Z方向的梯度場 在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)西中 假如梯度場強(qiáng)為20G cm線圈的有效長度是1cm 1Gauss相當(dāng)于4258Hz氫的頻率 處于z 0 5cm的原子核就會以0 5 20 4258 42580Hz的速度旋轉(zhuǎn) 而在z 0的原子則靜止不動 9 梯度場 112 由于所處不同平面位置的原子核將感受到不同的磁場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的強(qiáng)度 9 梯度場 113 MRI NMRimaging 疊加在主磁場上的梯度場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打開的情況下檢測的 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 梯度場成象 114 x y x z imageplane y 9 Gradients Imaging 115 9 梯度場在NMR的應(yīng)用 由于梯度場使處于不同位置的原子核具有不同的頻率 因此在施加梯度場前轉(zhuǎn)到XY平面的聚焦的磁化矢量 在梯度場打開后會很快散開 梯度場關(guān)閉磁化矢量將以沒有梯度場時(shí)的頻率旋轉(zhuǎn) 梯度場實(shí)際是以脈沖的形式施加在樣品上 不同強(qiáng)度的梯度場脈沖可以使磁化矢量散開相同的程度 只是施加梯度場的時(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 116 9 梯度場 水峰壓制 1 選擇激發(fā)水峰 2 施加梯度場打散水峰信號 3 900硬脈沖激發(fā)其他峰信號 117 9 梯度場 水峰壓制 p 2 p 2 RF 水峰 梯度 FID ref Doddrelletal J Mag Reson1986 70 176 2mMSucroseinH2Otop singlepulsebot Submerge rg 1 rg 64 x8 SUBMERGE 使用梯度場及選擇性脈沖的水峰壓制 118 9 梯度回波 在許多應(yīng)用中 被梯度場打散的確信號有通過施加梯度場重新聚焦形成回波 兩個(gè)基本的脈沖序列 gradientrecalledecho 和 gradientspinecho 1 GradientRecalledEcho 119 9 梯度回波 120 9 梯度回波 2a 自旋回波 2b 梯度回波 121 9 梯度回波 122 9 梯度場 水峰壓制 選擇1800脈沖翻轉(zhuǎn)除水外原子核的自旋狀態(tài) 2mMSucroseinH2Otop singlepulsebot Watergate rg 1 rg 64 水門 WATERGATE 利用梯度回波的水峰壓制 123 9 梯度場替代脈沖相循環(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 消除橫向軸峰需要四步相循環(huán) 而使用梯度場一步即可完成 124 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) N type對角線 Axialpeaks P type對角線 125 9 COSYP N選擇 相循環(huán) 500MHzvinylbromide的氫COSY譜 掃描四次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測 RF p 2 FID t1 相位 0 090180270 01800180 126 9 COSYP N選擇 梯度場 500MHzvinylbromide的氫COSY譜 使用梯度場掃描一次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測 RF p 2 梯度場 FID t1 1 n n 1P type 127 9 COSYP N選擇 梯度場 n 1N type 500MHzvinylbromide的氫COSY譜 使用梯度場掃描一次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測 RF p 2 梯度場 FID t1 1 n 128 9 COSYP N選擇 梯度場 500MHzN typeStrychnine的氫COSY譜 使用梯度場掃描一次 129 9 多量子過濾中的梯度場 500MHz使用單 上 雙 下 量子過濾的重水中蔗糖的氫譜 RF p 2 梯度場 FID 1 n 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 通過使用一定比例的一對梯度檢測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 130 9 多量子過濾中的梯度場 甲乙醚 CH3 CH2 OCH3MQ選擇 1 n 的兩梯度場 CH2 OCH3 CH3 n 1 n 2 n 3 n 4 n 5 131 9 多量子過濾中的梯度場 500MHz雙量子過濾的COSY譜 mof1 4androstene dione 一次掃描 132 9 異核梯度實(shí)驗(yàn) 在1H 13C反相實(shí)驗(yàn)中 一個(gè)需要解決的問題是抑制那些沒有與13C相連的氫的信號 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 1 rg 64 133 9 異核梯度實(shí)驗(yàn) 梯度場作用在不同的核將引起不同的進(jìn)動頻率 w z giGzz 例如z 0 5andGz 20G cm的氫核 具有42580Hz 而碳核10625Hz g13C 1 4g1H 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)到另一個(gè)核上 磁化矢量轉(zhuǎn)移后 如果需要使用梯度場重新聚焦時(shí) 要注意根據(jù)磁旋比調(diào)整梯度場的強(qiáng)度或長度 134 9 異核多量子相關(guān)圖 重水中蔗糖的13C 1HHMQC 135 9 異核多量子相關(guān)圖 重水中蔗糖的13C 1HHMQC 136 9 分子擴(kuò)散的測定 溶液中的分子的擴(kuò)散作用可以用擴(kuò)散系數(shù)D來描述 此常數(shù)可以利用梯度場通過NMR實(shí)驗(yàn)測定 如果施加一個(gè)線性梯度場 樣品的磁化矢量將依據(jù)其所處的位置以一定的頻率旋轉(zhuǎn) 施加第二個(gè)梯度場將使散開的磁化矢量重新聚焦而形成回波 但如果一些核磁子具有的擴(kuò)散運(yùn)動使其位置發(fā)生變動 其旋轉(zhuǎn)頻率也隨之發(fā)生改變 致使所形成的回波強(qiáng)度降低 137 9 分子擴(kuò)散的測定 研究擴(kuò)散可使用梯度自旋回波或激發(fā)回波序列 以尋找回波強(qiáng)度與梯度場間的時(shí)間或梯度場強(qiáng)度的關(guān)系來確定擴(kuò)散系數(shù) 138 9 Flowmeasurements 由于在梯度場中 分子擴(kuò)散的運(yùn)動是雜亂無章的所以隨梯度場間時(shí)間增加而使回波強(qiáng)度減弱 但如果迫使溶液流動 從被調(diào)制的回波便可測定流動的縮短 此法可用在測量動脈血管中血的流動速度 139 9 梯度場設(shè)備 Spectrometer 探頭 preemphasisunit 單或三軸梯度線圈 過濾器 梯度放大器 140 9 Nomenclature PFG 脈沖梯度場 PulsedFieldGradients GS 梯度場選擇 GradientSelected GRASP 梯度增速光譜學(xué) GradientAcceleratedSpectroscopy GE 梯度場增強(qiáng) GradientEnhanced Preemphasis 調(diào)整梯度脈沖以彌補(bǔ)線圈中殘余電流的影響 Pre shapingthegradientpulsesinordertocompensateforeddycurrents Recoverytime 梯度脈沖后 線圈恢復(fù)時(shí)間 Settlingtimeafteragradientpulse 141 9 梯度脈沖的預(yù)調(diào)整 Preemphasis 由于eddy電流及梯度線圈的感抗使梯度脈沖的形狀扭曲 調(diào)整輸入的線形而使梯度脈沖的形狀得以改觀 預(yù)調(diào)整后輸入形 142 9 單或三軸梯度線圈 第一代帶梯度探頭只有Z 方向梯度它可以完成大部分核磁實(shí)驗(yàn) 但在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)中多次使用梯度脈沖有可能產(chǎn)生不需要的回波信號 三軸梯度探頭能產(chǎn)生XYZ三個(gè)方向的梯度場而使在復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)中避免由于多次使用梯度脈沖有可能產(chǎn)生不需要的回波信號 143 10 高分辨魔角旋轉(zhuǎn)光譜HighResolutionMASSpectroscopy 魔角旋轉(zhuǎn)已被廣泛應(yīng)用在非固體物質(zhì)的研究中 此一技術(shù)稱為高分辨魔角旋轉(zhuǎn)光譜 Hr MAS 144 10 高分辨魔角旋轉(zhuǎn)光譜 當(dāng)樣品具有一定的流動性雖能平均掉相當(dāng)一部分固體具有的各向異性 但仍不能達(dá)到象液體那樣的分辨率 魔角旋轉(zhuǎn)可以用來平均掉剩余的線寬而接近液體譜圖中的線寬 液體探頭20Hz B0 500MHz脂肪瘤組織 humanLipomatissue 的氫譜 探頭5KHz在魔角 145 10 高分辨魔角旋轉(zhuǎn)光譜 狗的血樣品1H CPMG 譜使用400MHzHR MAS 上譜 微升樣品hr MAS給出更高的分辨率800MHz標(biāo)準(zhǔn)5mm探頭 下譜 350微升 146 10 hr MAS系統(tǒng) 自動進(jìn)樣器Samplechanger 梯度場放大器GradientAmplifier 氣動單元PneumaticUnit hr MAS 探頭 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)移管Rotortransfertube 147 10 hr MAS組合化學(xué)中的應(yīng)用 在Tentagel樹脂上包括間 對位取代芳香環(huán)的小有機(jī)分子的1Hhr MASNMR譜 Avance400 將2mg放在4mm轉(zhuǎn)子的盛有氘代氯仿的球型容器中 cpmg40msec 3200Hz轉(zhuǎn)速 148 10 hr MAS在生物組織的應(yīng)用 受控的細(xì)胞與組織的1H HR MASCPMG 譜 400MHz轉(zhuǎn)速4000Hz 149 10 hr MAS活體樣品的應(yīng)用 livingwhiteworm Avance400 將活的白蠕蟲 enchytraeid 放在4mm轉(zhuǎn)子的盛有容劑的容器中 氫譜 cpmg40msec 3200Hz轉(zhuǎn)速 容劑9 H2O D2O 預(yù)飽和 譜 3200Hz轉(zhuǎn)速 容劑9 H2O D2O 150 10 hr MAS在生物組織的應(yīng)用 脂肪瘤組織 Lipomatissue 的500MHz1H 13C梯度 HMBC譜MAS5kHz 1ms正弦梯度脈沖 25G cm samplecourtesyofDr Singer BrighamandWomen sHospital 151 10 hr MASofbiologicaltissue 相同強(qiáng)度 放大 人前列腺組織 prostatetissu 良性vs 惡性 癌癥組織給出更多的脂類物含量 lipid 152