核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用

核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用第1頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振的物理基礎(chǔ)核磁共振實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容提要第2頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月概述

核磁共振(NuclearMagneticResonance)是1946年由美國哈佛大學(xué)珀賽爾(E.M.Purcell)和斯坦福大學(xué)布洛赫(F.Bloch)分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)石臘樣品中質(zhì)子（即氫原子核）的核磁共振吸收信號、水樣品中質(zhì)子的核磁共振信號而取得的重要成果，兩人因此獲得1952年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。50多年來，核磁共振已成為一門有完整理論體系的新學(xué)科。第3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月10多位科學(xué)家因?qū)舜殴舱裱芯康慕艹鲐暙I(xiàn)而獲諾貝爾獎(jiǎng)1944年I.Rabi原子核的磁特性1952年F.Bloch核磁共振1952年E.M.Purcell核磁共振1955年W.E.Lamb氫譜超精細(xì)結(jié)構(gòu)的蘭姆位移，電子的反常磁矩1955年P(guān).Kusch電子磁矩1964年C.H.Townes微波激射器和激光器的發(fā)明1966年A.Kastler光磁共振方法的發(fā)明1977年J.H.VanVleck電子結(jié)構(gòu)理論1989年N.F.Ramsey原子鐘1991年R.R.Ernst：付里葉NMR譜儀（Nobel化學(xué)獎(jiǎng)）2003年

保羅·勞特伯爾，彼得·曼斯菲爾，醫(yī)學(xué)診斷核磁共振成像技術(shù)（MRI）（諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)）第4頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)--美英科學(xué)家得獎(jiǎng)2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國科學(xué)家保羅·勞特布爾和英國科學(xué)家彼得·曼斯菲爾德，以表彰他們在核磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域的突破性成就。他們的成就是醫(yī)學(xué)診斷和研究領(lǐng)域的重大成果。兩位科學(xué)家將分享共為130萬美元的獎(jiǎng)金。獲獎(jiǎng)理由：兩位獲獎(jiǎng)?wù)咴谌绾斡煤舜殴舱窦夹g(shù)拍攝不同結(jié)構(gòu)的圖像上獲得了關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)。這些發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了在臨床診斷和醫(yī)學(xué)研究上獲得突破的核磁共振成像儀的出現(xiàn)。

勞特布爾：1929年生于美國俄亥俄州，1951年獲凱斯理工學(xué)院理學(xué)士，1962年獲費(fèi)城匹茲堡大學(xué)化學(xué)博士。1963～1984年，勞特布爾作為化學(xué)和放射學(xué)系教授執(zhí)教于紐約州立大學(xué)石溪分校。在此期間，致力于核磁共振光譜學(xué)及其應(yīng)用的研究。勞特布爾還把核磁共振成像技術(shù)推廣應(yīng)用到生物化學(xué)和生物物理學(xué)領(lǐng)域。1985年至今，他擔(dān)任美國伊利諾伊大學(xué)生物醫(yī)學(xué)核磁共振實(shí)驗(yàn)室主任。上世紀(jì)70年代初，勞特布爾在主磁場內(nèi)附加一個(gè)不均勻的磁場，即引進(jìn)梯度磁場，并逐點(diǎn)誘發(fā)核磁共振無線電波，最終獲得一幅二維的核磁共振圖像。多年來，伊利諾伊大學(xué)一直認(rèn)為勞特布爾極有希望獲得諾貝爾獎(jiǎng)。但勞特布爾本人對獲獎(jiǎng)還是有點(diǎn)驚訝，他對媒體說：“我聽到過各種猜測，但現(xiàn)實(shí)仍令我驚訝?！?/p>

曼斯菲爾德1933年生于英國倫敦，1962年獲倫敦大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。1964年到英國諾丁漢大學(xué)物理系擔(dān)任講師，現(xiàn)為該大學(xué)物理系教授。除物理學(xué)之外，曼斯菲爾德還對語言學(xué)、閱讀和飛行感興趣，并擁有飛機(jī)和直升機(jī)兩用的飛行員執(zhí)照。他進(jìn)一步發(fā)展了有關(guān)在穩(wěn)定磁場中使用附加的梯度磁場的理論，為核磁共振成像技術(shù)從理論到應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。曼斯菲爾德獲獎(jiǎng)后對瑞典電臺說：“我想每個(gè)科學(xué)家都希望有一天，他們可以被挑選出來獲得這樣一個(gè)榮譽(yù)。但就我個(gè)人而言，幾年前我就很想得到它了，但總是擦肩而過?！钡?頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振經(jīng)過50多年的發(fā)展應(yīng)用，使得此項(xiàng)技術(shù)迅速成為在物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)、計(jì)量、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域研究的強(qiáng)大工具。高強(qiáng)磁場超導(dǎo)核磁共振儀的發(fā)展，靈敏度大大提高。脈沖付里葉變換NMR譜儀問世，使13C、15N、29Si等NMR譜及固體NMR譜得到廣泛應(yīng)用。近來出現(xiàn)的用于醫(yī)學(xué)診斷的核磁共振成像技術(shù)（MRI），是自X光發(fā)現(xiàn)以來醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)的重大進(jìn)展?？梢哉fNMR與諾貝爾獎(jiǎng)結(jié)下了不解之緣。核磁共振的方法與技術(shù)作為分析物質(zhì)的手段，由于其可深入物質(zhì)內(nèi)部而不破壞樣品，并具有迅速、準(zhǔn)確、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)而得以迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，在科研和生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用。第6頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振基本原理核磁共振原理實(shí)現(xiàn)核磁共振的兩種方法檢測共振信號的方法傅里葉(Fourier)變換第7頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振光譜：以頻率為兆赫級、波長很長、能量很低的電磁波照射分子，電磁波能與暴露在強(qiáng)磁場中的磁性核相互作用，引起磁性核在外磁場中發(fā)生磁能級的共振躍遷而產(chǎn)生吸收信號。與其他光譜方法一樣，屬于波譜分析?！?

原子核的磁性1、原子核的自旋原子核由質(zhì)子和中子組成，與核外電子一樣存在自旋。原子核繞軸自身作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，產(chǎn)生自旋角動量P。由量子力學(xué)計(jì)算，P的絕對值由核自旋量子數(shù)I決定。核磁共振原理第8頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月式中：h是普朗克常數(shù),6.624

10-34J/SI是核的自旋量子數(shù),I=0，

P=0，無自旋，不能產(chǎn)生自旋角動量，不會產(chǎn)生共振信號。

只有當(dāng)I

＞0時(shí)，才能發(fā)生共振吸收，產(chǎn)生共振信號。

說明：

I為核自旋量子數(shù)也簡稱核自旋，其數(shù)值隨核而異。（1）核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都為偶數(shù)時(shí)，I=0，觀察不到核磁共振現(xiàn)象（2）核內(nèi)質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)均為奇數(shù)時(shí)，I為正整數(shù)。（3）核內(nèi)質(zhì)子數(shù)中子數(shù)一奇一偶時(shí)，I為半整數(shù)。后兩類是核磁共振研究的主要對象。第9頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月I的取值可用下面關(guān)系判斷：

質(zhì)量數(shù)（A）

原子序數(shù)（Z）

自旋量子數(shù)（I）

奇數(shù)奇數(shù)或偶數(shù)

半整數(shù)n+1/2。n=0,1,2,…奇數(shù)

整數(shù)

偶數(shù)

偶數(shù)0例如：

第10頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月半數(shù)以上的原子核具有自旋，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一小磁場。當(dāng)加一外磁場，這些原子核的能級發(fā)生分裂，這一物理現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)。在外磁場B0中塞曼分裂圖：第11頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、原子核的核磁矩

核自旋產(chǎn)生磁場，其方向由右手定則確定，如圖所示。核磁矩由下式確定：式中：為旋磁比。不同的核，其值不同；為核磁矩；P為自旋角動量圖1核磁產(chǎn)生磁場的方向?qū)⑹酱耄旱玫剑旱?3頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3、核磁在外磁場中的行為1）核磁

與外磁場H0之間的作用能P是空間量子化的，在坐標(biāo)Z軸上的分量Pz取分立的值：式中：m是原子核的磁量子數(shù)，其值等于﹣I,I+1,…I-1,I。故能取(2I+1)個(gè)值Pz的各個(gè)值相相差的整數(shù)倍，因此是不連續(xù)的，是空間量子化的。H0Mi=

Mi=

EE2=﹣

H0E1=﹢

H0E圖21H在外磁場中的取向能級第14頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月以1H核為例，無外磁場H0作用，排列是隨機(jī)的，磁性相互抵消；加上外磁場H0時(shí)，1H有序排列。排列方式有(2I+1,I=1/2)種，即兩種取向，分別對應(yīng)兩個(gè)自旋量子數(shù)Mi=1/2。外磁場H0與核的作用能:E=

H0兩種取向?qū)?yīng)兩個(gè)能級：當(dāng)與H0同向時(shí)，E=

-

H0；當(dāng)與H0反向時(shí)，E=

﹢

H0第15頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁矩在外磁場中的能級分布第16頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月兩能級差為：

E=E2-E1=2

H0將式代入得：2)、拉摩進(jìn)動(Lamor)

在外磁場旋轉(zhuǎn)的原子核，其自旋軸與外磁場方向之間有一傾角。外磁場的作用使核磁受到一個(gè)垂直核磁矩的扭力，這樣原子核就圍繞外磁場的方向回旋，猶如在重力場中運(yùn)動的陀螺。這種運(yùn)動方式稱為拉摩進(jìn)動。圖3、(a)自旋陀螺在重力場中的進(jìn)動工(b)自旋原子核在外磁場中的進(jìn)動第17頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月進(jìn)動角頻率：，進(jìn)動線頻率：將式代入得：3）核磁共振的條件量子力學(xué)選律可知，只有

m=1的躍遷，才是允許躍遷，所以相鄰兩能級之間的能量差：

E=E2-E1=2

H0如果在磁場的垂直方向加一個(gè)射頻場，當(dāng)射頻場的能量滿足條件：第18頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月即核子從射頻場中吸收能量hv從低能級躍遷到高能級，發(fā)生核磁共振吸收。原子核在外磁場中吸收特定頻率電磁波的現(xiàn)象稱為核磁共振。公式的意義：1)對于不同的原子核，由于磁旋比

不同，發(fā)生共振的條件不同。2)對于同一種原子核來說，

值一定，共振頻率

隨外磁場H0而改變。從式中可知道，觀察核磁共振吸收的方法有兩種：固定磁場強(qiáng)度H0而改變頻率

，稱為掃頻法；固定電磁波頻率

而改變磁場強(qiáng)度H0，稱之為掃場法。第19頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、弛豫過程

1H的磁性核在電磁波的作用下，能級分裂為二。根據(jù)Boltzmann分配定律，處在低能級的原子核數(shù)目占有微弱的優(yōu)勢。如在外磁場（60MHz),溫度為27℃時(shí)，兩個(gè)能級上氫核數(shù)目N之比為：即每一百萬個(gè)氫核中低能級氫核數(shù)公比高能級的多十個(gè)左右。雖然這種微弱的優(yōu)勢，使低能級的核在強(qiáng)磁場作用下吸收能量由低能級躍遷到高能級。隨著低能級的核數(shù)目的減少，吸收信號減弱直至消失，此為飽和。實(shí)際應(yīng)用中，只要合理地選用照射制度，就可以連續(xù)觀察到NMR信號。使低能級上的核始終保持微弱多數(shù)的。因此必然存在使低能級的磁核始終保持微弱多數(shù)的內(nèi)在因素，即高能級的核必須放出能量回到低能級，從而使低能級的核始終占優(yōu)勢。第20頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月弛豫過程（Relaxation）:是高能態(tài)的核以非輻射的形式放出能量回到低能態(tài)重建Boltzmann分布的過程。如果沒有弛豫過程，飽和現(xiàn)象容易發(fā)生。弛豫過程分為兩類：1）自旋－晶格弛豫（縱向弛豫）(Spin-latticeRelaxation）自旋核與周圍分子交換能量的過程。核周圍的許多小分子相當(dāng)于許多的小磁體，這些小磁體的快速運(yùn)動產(chǎn)生瞬息萬變的小磁場－波動磁場。某個(gè)波動磁場的頻率與核自旋產(chǎn)生的磁場頻率一致時(shí)，自旋核與波動磁場發(fā)生能量交換，將能量傳遞給周圍分子而跳回低能級，從而使低能級的核數(shù)目占有微弱的優(yōu)勢。因此總的結(jié)果是降低高能級的核數(shù)目。弛豫過程經(jīng)歷的時(shí)間愈短，自旋－晶格弛豫過程的效率愈高。氣體和液體樣品的t1很短，僅幾秒種。固體樣品因分子熱運(yùn)動受到限制，T1很大，因此NMR常采用液體樣品。第21頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2）自旋－自旋馳豫(Spin-spinRelaxation)核與核之間的能量交換。高能態(tài)核把能量傳給同類低能態(tài)的自旋核，本身回到低能態(tài)，維持Boltzmann分布。結(jié)果是高低能態(tài)自旋核總數(shù)不變。自旋-自旋弛豫過程的半衰期用T2表示。液體T2～1s，固體或粘度大的液體，T2很小，10-4～10-5s第22頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月§2

核磁共振譜線特征1、譜線的寬度1)自然寬度核磁并非靜止地固定在某個(gè)能級上，而是在兩個(gè)能級間躍遷，即在某個(gè)能級上的壽命是有限的，根據(jù)量子力學(xué)測不準(zhǔn)關(guān)系：可知和。即越小，則越大，即譜線越寬。2）偶極加寬樣品中含有大量的磁核，并在其周圍產(chǎn)生磁場，從而被測原子核除受磁場的作用外，還受相鄰核所產(chǎn)生的磁場的作用，而有一分布，從而使譜線變寬。第23頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3）非均勻加寬實(shí)際上在樣品體積范圍內(nèi)的外磁場并非均勻分布，而是在某個(gè)數(shù)值范圍內(nèi)有微小差別，從而在樣品體積范圍內(nèi)各部分原子核的共振頻率值也不同，導(dǎo)致譜線變寬。4）馳豫加寬和調(diào)制加寬自旋－晶格馳豫過程使原子核在給定的能級中的平均壽命減少，當(dāng)然譜線加寬。用連續(xù)波測定NMR吸收時(shí)，往往改變磁場，相當(dāng)于加了一個(gè)調(diào)制，從而產(chǎn)生一定的頻譜，也使譜線變寬。2譜線的線型溶液中的NMR譜線的線形為羅倫茲型；固態(tài)中的NMR譜線的線形為高斯型。第24頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3譜線的強(qiáng)度

在H1NMR譜中，一般譜線的強(qiáng)度正比于產(chǎn)生此峰的數(shù)目，據(jù)此可以進(jìn)行定量測定。如CH3CH2OH中CH3、CH2、OH基團(tuán)質(zhì)子峰的相對強(qiáng)度比為3：2：1，恰好是這些基團(tuán)所含質(zhì)子數(shù)之比。但在C13NMR中，因分子中各個(gè)C13核所受影響的各因素各不相同，從而使譜峰的強(qiáng)度一般不與產(chǎn)生各譜線的C13核數(shù)成正比。第25頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月4、化學(xué)位移的基本原理1）化學(xué)位移的產(chǎn)生由核磁共振條件，從理論上講，某種原子核的共振頻率只決定這種原子核的磁旋比和外磁場強(qiáng)度，同類核應(yīng)有相同的共振頻率。如果是這樣，核磁共振對研究分子結(jié)構(gòu)就沒有意義。1950年等發(fā)現(xiàn)：磁性核的共振頻率不僅取決于核的磁旋比和外部磁場強(qiáng)度，而且受到核周圍的分子環(huán)境的影響，從而使各種不同各類的氫原子所吸收的頻率有所不同如圖所示圖各種不同氫的化學(xué)位移第26頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)生這種差別在于被測原子核周圍的化學(xué)環(huán)境，化學(xué)環(huán)境是由于氫核外圍電子云對核的屏蔽作用引起的。電子屏蔽效應(yīng)化學(xué)位移是由核外電子的屏蔽效應(yīng)引起的。第27頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月原子核在分子中不是完全裸露的，而是被價(jià)電子所包圍的。核外電子在與外磁場垂直的平面上繞核旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，會產(chǎn)生與外磁場方向相反的感生磁場。感生磁場的大小用表示。為屏蔽常數(shù)，與核外電子云的密度有關(guān)。核實(shí)際感受到的磁場強(qiáng)度（有效磁場Hi）

核的共振頻率為：

同一分子內(nèi)同類核的化學(xué)環(huán)境不同，不同，因此不同第28頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核外電子對H核產(chǎn)生的這種作用，稱為屏蔽效應(yīng)(又稱抗磁屏蔽效應(yīng))。

顯然，核外電子云密度越大，屏蔽效應(yīng)越強(qiáng)，要發(fā)生共振吸收就勢必增加外加磁場強(qiáng)度，共振信號將移向高場區(qū)；反之，共振信號將移向低場區(qū)。因此，H核磁共振的條件是：第29頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2)化學(xué)位移表示方法不同環(huán)境中的質(zhì)子的共振頻率雖有差異，但差異很小，約為百萬分之十。在測定共振頻率時(shí)，常常要求幾個(gè)赫茲的準(zhǔn)確度，目前還不能精確測定。因此，采用相對數(shù)值。測定樣品與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的吸收頻率之差，此差值為化學(xué)位移。常以四甲基硅（TMS）為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，規(guī)定：它的化學(xué)位移為零，然后，根據(jù)其它吸收峰與零點(diǎn)的相對距離來確定它們的化學(xué)位移值。零點(diǎn)-1-2-31234566789

TMS低場高場第30頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月常用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：四甲基硅(TMS)：

2,2-二甲基-2-硅戊烷-5-磺酸鈉(DSS)：第31頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月TMS作為標(biāo)準(zhǔn)物的優(yōu)點(diǎn)：

TMS分子有12個(gè)相同化學(xué)環(huán)境的氫，NMR信號為單一尖峰，少量的TMS即可測出NMR信號。

Si電負(fù)性比C低，TMS質(zhì)子處在高電子密度區(qū)，產(chǎn)生較大的屏蔽效應(yīng)。

TMS的化學(xué)性質(zhì)不活潑，與樣品不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和分子間的締合。

TMS容易溶于有機(jī)溶劑，沸點(diǎn)低，樣品容易回收。TMS不溶于重水，用重水測譜時(shí)，用其他標(biāo)準(zhǔn)物如2,2-二甲基-2-硅戊烷-5-磺酸鈉(DSS)第32頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）用赫茲表示化學(xué)位移CH3CCl2CH2Cl的H1NMR(60MHZ,100MHz)譜說明，同一質(zhì)子在不同儀器上，用赫茲表示的化學(xué)位移是不同的，不容易進(jìn)行比較。因此，該法須注明所用儀器的射頻值。CH3CCl2CH2Cl的H1NMR(60MHZ,100MHz)譜第33頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）用位移常數(shù)

表示化學(xué)位移

固定磁場，改變頻率樣品和標(biāo)準(zhǔn)的共振頻率：頻率差：化學(xué)位移：第34頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

頻率固定，磁場改變(掃場法)樣品和標(biāo)準(zhǔn)的共振磁場：因此位移可表示為：化學(xué)位移用表示，以前也用表示，與的關(guān)系為：

=10-單位為ppm。第35頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月3)影響化學(xué)位移的因素誘導(dǎo)效應(yīng)化學(xué)鍵的各向異性共軛效應(yīng)濃度、溫度、溶劑對δ值的影響溶劑對δ值的影響第36頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月共振條件：

=

0=0

實(shí)現(xiàn)核磁共振的兩種方法a．掃場法:改變

0b．掃頻法:改變

第37頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月檢測共振信號的方法

吸收法感應(yīng)法平衡法

優(yōu)點(diǎn)是比較簡單，樣品不易飽和，缺點(diǎn)是振蕩頻率的穩(wěn)定性較差，噪音電平較高。一般只用于寬譜的波譜儀與測場儀優(yōu)點(diǎn)是工作穩(wěn)定度高，噪音低，但漏電流相位不易調(diào)整。常用在商業(yè)波譜儀優(yōu)點(diǎn)是頻率穩(wěn)定好，噪音低，缺點(diǎn)是頻率調(diào)諧范圍不夠?qū)?。常用于靈敏度和分辨力高的波譜儀第38頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振實(shí)驗(yàn)方法1、核磁共振譜儀簡介圖為核磁共振譜儀示意圖。它主要由以下部分組成：

磁鐵：永久磁鐵和電磁鐵只能產(chǎn)生100MH以下磁場強(qiáng)度，更高磁場強(qiáng)度用超導(dǎo)磁體。

射頻振蕩器：其線圈垂直于磁場，能產(chǎn)生頻率與磁場強(qiáng)度相應(yīng)的射頻振蕩。1H常用的60,90,100MH的電磁波。

射頻接受器：與振蕩器線圈垂直，并與掃場線圈垂直。

探頭和樣品管座：探頭中有射頻振蕩線圈、射頻接受線圈，樣品管插于探頭內(nèi)。第39頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月NMR實(shí)驗(yàn)儀器圖示電磁鐵及調(diào)制線圈第40頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月2、實(shí)驗(yàn)方法樣品：常用液態(tài)樣品，濃度為5%-10%，加入1%－2%TMS作內(nèi)標(biāo)。純液體粘度，應(yīng)用溶劑稀釋或升溫。(2)溶劑:磁各向異性和化學(xué)惰性。常用溶劑有CCl4、CDCl3、(CD3)2SO4等化學(xué)位移試劑：使復(fù)雜化合物的NMR譜各峰產(chǎn)生位移，分開重合峰。雙共振技術(shù)復(fù)雜分子的NMR譜由于同類核及不同核的偶合作用，使被測核的峰分裂為多重峰，不僅降低了譜線的強(qiáng)度而且各多重分裂峰彼此重合在一起給譜的解釋帶來很多困難。因此在測定NMR譜時(shí)，使自旋體系樣品同時(shí)受到兩個(gè)不同頻率的射頻場作用，分別用于被測核A的共振吸收以及與被測核A有偶合作用的核B去偶合，使觀察到的NMR譜如同未發(fā)生偶合作用一樣。以表示第41頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月傅里葉(Fourier)變換

時(shí)域信號F變換頻域信號頻域譜S（t1,t2,…）S(

1,

2,…)第42頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振新技術(shù)

核磁雙共振

二維核磁共振

NMR成像技術(shù)魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)

極化轉(zhuǎn)移技術(shù)第43頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁雙共振雙核自旋系統(tǒng)檢測器

2擾動

1脈沖雙共振是同時(shí)用兩種頻率的射頻場作用在兩種核組成的系統(tǒng)上，第一射頻場B1使某種核共振，第二射頻場B2使另外一種核共振，這樣兩個(gè)原子核同時(shí)發(fā)生共振。第二射頻場為干擾場。通常用一個(gè)強(qiáng)射頻場干擾圖譜中某條譜線，另一個(gè)射頻場觀察其他譜線的強(qiáng)度、形狀和精細(xì)結(jié)構(gòu)的變化，從而確定各條譜線之間的關(guān)系，區(qū)分相互重疊的譜線。第44頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月二維核磁共振及多維核磁共振

二維核磁共振使NMR技術(shù)產(chǎn)生了一次革命性的變化，它將擠在一維譜中的譜線在二維空間展開（二維譜）,從而較清晰地提供了更多的信息。

第45頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月

NMR成像技術(shù)投影重建成像方法Fourier成像方法弛豫時(shí)間成像方法逐點(diǎn)掃描方法線掃描方法切片掃描方法高分率成像和快速成像法第46頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月Fourier成像方法

Fourier成像是應(yīng)用十分廣泛的一種方法，它與二維（多維）NMR相似。第47頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)

固體中自旋之間的耦合較強(qiáng)，共振譜較寬，掩蓋了其他精細(xì)的譜線結(jié)構(gòu)，耦合能大小與核的相對位置在磁場中的取向有關(guān)，其因子是(3cos2β-1)，如果有一種方法使β=θ=54.440（魔角），則3cosβ-1=0，相互作用減小，達(dá)到了窄化譜線的目的。魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù)就是通過樣品的旋轉(zhuǎn)來達(dá)到減小相互作用的，當(dāng)樣品高速旋轉(zhuǎn)時(shí)β與θ的差別就會平均掉。第48頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月極化轉(zhuǎn)移技術(shù)靈敏核非靈敏核檢測（非靈敏核）J脈沖序列1脈沖序列2

極化轉(zhuǎn)移(PT)是一種非常實(shí)技術(shù)，它用二種特殊的脈沖序列分別作用于非靈敏核和靈敏核兩種不同的自旋體系上。通過兩體系間極化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)移，從而提高非靈敏核的觀測靈敏度，基本的技巧是從高靈敏度的富核處“借”到了極化強(qiáng)度。第49頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月核磁共振應(yīng)用核磁共振適合于液體、固體。如今的高分辨技術(shù)，還將核磁用于了半固體及微量樣品的研究。核磁譜圖已經(jīng)從過去的一維譜圖（1D）發(fā)展到如今的二維（2D）、三維（3D）甚至四維（4D）譜圖，陳舊的實(shí)驗(yàn)方法被放棄，新的實(shí)驗(yàn)方法迅速發(fā)展，它們將分子結(jié)構(gòu)和分子間的關(guān)系表現(xiàn)得更加清晰。在世界的許多大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)集團(tuán)，都可以聽到核磁共振這個(gè)名詞，包括我們在日常生活中熟悉的大集團(tuán)。而且它在化工、石油、橡膠、建材、食品、冶金、地質(zhì)、國防、環(huán)保、紡織及其它工業(yè)部門用途日益廣泛。在中國，其應(yīng)用主要在基礎(chǔ)研究方面，企業(yè)和商業(yè)應(yīng)用普及率不高，主要原因是產(chǎn)品開發(fā)不夠、使用成本較高。但在石油化工、醫(yī)療診斷方法應(yīng)用較多。第50頁，課件共57頁，創(chuàng)作于2023年2月一些實(shí)際的應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)的測定化學(xué)位移各向異性的研究金屬離子同位素的應(yīng)用動力學(xué)核磁研究質(zhì)子密度成像T1T2成像化學(xué)位移成像其它核的成像指定部位的高分辨成像元素的定量分析有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析表面化學(xué)有機(jī)化合物中異構(gòu)體的區(qū)分和確定大分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析生物膜和脂質(zhì)的多形性研究脂質(zhì)雙分子層的脂質(zhì)分子動態(tài)結(jié)構(gòu)生物膜蛋白質(zhì)——脂質(zhì)的互相作用壓力作用下血紅蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化生物體中水的研究生命組織研究中的應(yīng)用生物化學(xué)中的應(yīng)用在表面活性劑方面的研究原油的定性鑒定和