核磁共振技术的发展及其在化学中的应用

核磁共振方面

2001年6月韶关学院学报(自然科学版)

JournalofShaoguanUniversity(NaturalScience)Jun.2001Vol.22　No.6第22卷　第6期

核磁共振技术的发展及其在化学中的应用

王江干

(韶关学院化学系,广东韶关512005)

摘要:核磁共振是一项尖端技术,介绍了核磁共振波谱仪的结构及其主要部件的技术进展情况,同时讨论了共振谱在化学领域的各种应用.

关键词:磁化学分析法;核磁共振波谱仪;磁场

中图分类号:O6　文献标识码:A　　文章编号:1007-(2001)核磁共振(NuclearMagneticResonance-(E.M.Purcell),用不同的方法在各自的实验室里观察到的,而布洛赫使用的是感应法.1952年诺贝尔物理学奖[1].最初,核磁共,用它测量各种原子核的磁矩,误差仅仅是01003%-01,、食品、医学、生物学、遗传学等学科领域广泛采用,已成,甚至是某些领域(如:化学、药物学等)

常规分析中不可缺少的手段.

1　核磁共振波谱仪几个主要组成部分及其发展概况

核磁共振波谱仪主要由以下几部分构成:(见图1)(1)磁场(2)稳场及匀场系统(3)射频源(4)探头(5)接收系统(6)信号记录、处理系统(7)附件如:变温单元等.下面根据笔者近年对核磁共振技术的关注和在AC-80及AVANCE400(前者为电磁铁,后者为超导,均自瑞士BRUKER公司进口)上的工作实践,介绍一下NMR波谱仪有关技术的发展状况.图1

　PFT-NMR波谱仪示意图

11磁场　21射频源　31接受系统　41记录、处理系统　51样品管

收稿日期:2000-12-05

作者简介:王江干(1976-),男,湖北黄冈人,韶关学院化学系助理工程师,主要从事应用化学研究.

核磁共振方面

第6期王江干:核磁共振技术的发展及其在化学中的应用 65 111　磁场

磁场的作用是使核自旋体系的磁能级发生分裂.一般地,工作频率在100MHz以下的波谱仪是用永久磁铁或电磁铁来产生磁场.永久磁铁是用高硬磁合金制成片状,然后合并而成,还要求把它做成有一个空腔的形状;电磁铁是用软磁性材料外边绕以空心铜线,通以大电流及冷却水制成.由于电磁铁和永久磁铁自身的局限———23Kgs左右的磁场强度基本上已接近饱和区域,因此,100MHz以上的谱仪磁场一般是由超导磁体产生的,超导磁体就是把超导材料制成的线圈放到液氦杜瓦中,使其处于超导状态,再给它加上大的电流,在线圈中间就能产生一个很强的磁场[2].到目前,国内已有相当一部分大学及研究机械进口了300MHz、400MHz或更高工作频率的谱仪,世界最高场谱现已达到800MHz,这些谱仪基本就是超导磁体.(1)由于超导线圈的特点,,统.(2)随着磁场强度的提高,场均匀性会变好,分辨率也增大了,甚至能使在弱场条件下的复杂谱(().

112　稳场及匀场系统

许多新开展的实验,(3D)、四维(4D)实验,要求仪器的稳定性,,场稳定性仍然不高,场均匀性也不好,,永久磁铁、超导体的稳场系统大大简化了.当前,———频联锁系统以保证磁场的稳定,匀场措施主要是采用十到二十几组匀场线圈.就笔者使用的全数字化AVANCE400(AVANCETM为世界上第一个全新数字化核磁共振谱仪系列)而言,其磁场的稳定性和均匀性都非常好:(1)它用数字场———频连锁代替传统的模拟锁1大大降低了在磁体附近移动的金属物体对磁场的干扰,甚至,都市里电车、地铁所引起的外界环境影响也能由数字锁解决.(2)采用超屏系统1进一步降低的磁性物质对磁场的干扰,并且,大大降低了外部漏磁场强度,从而提高了仪器的稳定性,同时,可显著降低设备对场地、空间的要求(能降低50%左右),以及减少安全限制.(3)配有防振系统1即使是仔细选择的房屋也不可避免因天然建筑共振和周围设备影响而产生振动

,从而导致仪器磁场的漂移,AVANCE系列磁体上安装有抗振系统,解决了这一难题.

113　射频源

它的作用是激发核磁能级之间的跃迁.射频源有连续波和射频脉冲两种.连续波测量核磁共振时,在某一时刻,只能记录谱图中的很窄一部分信号即单位时间内获得的信息很少,因此测试花费时间长,灵敏度还低.所以,70年代后生产的新型谱仪基本都转而采用射频脉冲来测核磁共振,射频脉冲相当于一“多道发射机”,同时发射多种频率,使不同基团上的核同时共振,得到核的多条谱线混合的自由感应衰减信号(FreeInductionDe2cay,FID),FID是一个时域函数,通过付立叶变换,可以把它转换成频域函数(即普通的核磁共振谱),用射频脉冲作为射频源的优点有:(1)分析速度快,一次脉冲就能记录下全谱信息.(2)样品量降低,灵敏度高.因每次测量时间大大缩短,这样就有利于使用累加技术,使测量对样品量要求大为降低,同时大大改善了信噪比.(3)信号较弱的核

核磁共振方面

66 韶关学院学报(自然科学版)2001年(如:13C、15N等)都能得到较好谱图.(4)可以记录瞬变过程、反应的中间产物,进行核的动态过程、反应动力学等方面的研究,并且很容易用数学方法完成滤波过程等等.114　探头

探头是整个波谱仪的心脏.国外有些硬件厂家已能生产上千种各种规格、不同用途的

)、HR-MAS探探头,如:1H/X反转探头、作高温实验的选择性探头(最高可达450℃

头(具有高灵敏度和最佳线性)、宽带多核CR-MAS探头(带双或三调谐线圈,变温操

)等等,这些探头有的采用单圈法(激发和接收合用一组线圈),有作,范围超过300℃

的采用双圈法(激发和接收分别采用两组相互垂直的线圈).特别值得 …… 此处隐藏：3093字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……