核磁共振儀器介紹

1、核磁共振波譜儀,劉業(yè)業(yè),,核磁共振波譜儀的原理,發(fā)展歷程.,基本分類與組成.,連續(xù)波和脈沖波譜儀.,儀器介紹.,,,,,主要內容,,1.核磁共振波譜儀原理,,NMR是指在靜磁場中的物質的原子核系統(tǒng)受到相應頻率的電磁波的作用時，在它們的磁極之間發(fā)生的共振躍遷現(xiàn)象。,1,核磁共振譜儀正是用來檢測固定能級狀態(tài)之間電磁躍遷的設備。 原子核進動頻率與外加磁場的關系是：W0=γΒ0=2πv0 γ：磁旋比，是原子核所特有特

2、征,,,1964年,1971年,1979-1991年,,1953年,,世界上第一臺NMR譜儀由美國瓦里安公司研制成功（B=0.7T,V=30MHz）,,日本（JEOL)公司生產出世界上第一臺脈沖傅里葉變換NMR譜儀 （B=2.35T,V=100MHz）,,德國布魯克公司推出全數(shù)字化NMR譜儀,,,,美國瓦里安公司研制出世界第一臺超導NMR譜儀（B=4.7T,V=200MHz）,德國布魯克公司分別率先推出500、

3、600、750MHz超導譜儀,瓦里安公司推出了數(shù)字化、智能化程度更高的Varian NMR System。 布魯克公司 推出了具有第二代數(shù)字接收機的AVANCE Ⅱ新系列。,2009年,2005年,,布魯克公司推出AVANCEⅢ系列，頻率突破1GHz,2005年,2.核磁共振譜儀發(fā)展歷程,2,,3.譜儀分類及基本組件,3,永磁、電磁、超導磁體譜儀,連續(xù)、分時、脈沖譜儀,高分辨液體、固體、微成像譜儀,現(xiàn)在，一般按照NMR波譜儀試驗中射

4、頻場的施加方式，分為兩大類：連續(xù)波NMR譜儀（CW-NMR)。脈沖NMR譜儀（PFT-NMR)。脈沖傅里葉變換波譜儀由于快速、靈敏等優(yōu)點，成為當代主要NMR譜儀幻燈片 6,超導磁體：鈮鈦或鈮錫合金等超導材料制備的超導線圈；開始時，大電流一次性勵磁后，閉合線圈，產生穩(wěn)定的磁場，長年保持不變；溫度升高，“失超”；重新勵磁。 在低溫4K，處于超導狀態(tài)；磁場強度>100 kG超導核磁共振波譜儀： 200-40

5、0HMz；可 高達600-900HMz；,,3.譜儀基本組件,磁體,產生靜磁場；核自旋體系發(fā)生能級分裂；,射頻源,激發(fā)核磁能級之間的躍遷；,接收機,接受微弱的NMR信號，放大變成電信號；,勻場線圈,調整靜磁場的均勻性，提高譜儀的分辨率；,計算機系統(tǒng),控制譜儀，并進行數(shù)據(jù)顯示和處理；,核磁共振波譜儀基本組成,5,探頭,NMR信號檢測器，是譜儀的核心部件；,4.連續(xù)波NMR譜儀,原理： 把射頻場連續(xù)不斷的施加到試樣上，發(fā)射的是

6、單一頻率，得到一條共振譜線。可通過掃場和掃頻兩種方式實現(xiàn)， 掃場：V不變，改變B。掃頻：B不變，改變V。實驗室多用掃場法。特點： 時間長，通常全掃描時間為200-300秒。靈敏度低、所需樣品量大，對一些難以得到的樣品，無法進行NMR分析。,6,5.脈沖傅里葉變換NMR譜儀,特點：靈敏度高（是100倍），測量速度快，一般1H-NMR測量累加10-20次，需時60s左右樣品量少。,原理：恒定磁場，使用一個強

7、而短的射頻脈沖照射樣品，感應電流信號經(jīng)過傅立葉變換獲得一般核磁共振譜圖。,環(huán)己烯的13C譜,7,分辨率,穩(wěn)定性,靈敏度,表征波譜儀辨別兩個相鄰共振信號的能力，以最小頻率間隔Iv1-v2I表示。,頻率穩(wěn)定性：通過連續(xù)記錄相隔一定時間的兩次掃描，測量其誤差；分辨率穩(wěn)定性：通過觀察峰寬隨時間變化的速率來測量的；,靈敏度表征了波譜儀檢測弱信號的能力，他取決于電路中隨機噪聲的漲落，一般定義為信號對噪聲之比，即信噪比。,波譜儀的三大技術指標,優(yōu)化

8、：提高磁場本身空間分布的均勻性、用旋轉式樣方法平均磁場分布均勻。,優(yōu)化：提高磁感應強度、應用雙共振技術、信號累加等可以提高靈敏度。,8,,6.核磁分析的一般步驟,9,7.儀器實例介紹,http://www.bruker.com/products/mr/nmr.html,德國布魯克公司,10,,,獨特的焊接技術促成最低的漂移率，外部干擾抑制 (EDS)可以屏蔽掉高達 99% 的外部磁場干擾。由于尺寸更小、重量更輕，易于安放，降低了對房間

9、高度的要求,Avance 1000是布魯克公司2009 年 11 月 成功安裝的世界上第一個標準腔、高穩(wěn)定性的1GHzNMR持續(xù)超導磁體。磁場強度為23.5T。,US2的漏磁非常小，不會受振動或熱學環(huán)境變化的影響。,減少液氮的蒸發(fā),NMR Superconducting Magnets （超導磁體）,,US2,Ascend,Ascend Aeon,Avance 1000,11,,應用最廣泛的探頭正向&反向寬帶（BB)包括19

10、F1H&19F去耦全自動調諧高靈敏度,12,Smart Probe 常溫探頭,超低溫探頭系統(tǒng)T=20K,Cryoprobe Prodigy 探頭,寬頻探頭（31P-15N)正向&反向全自動調諧理想的中低場探頭使用液氮制冷成本低，體積小,探頭,Fourier 300 NMR譜儀,為化學教育和化學分析的所有普通應用提供經(jīng)濟型NMR.具有結構緊湊、體積小、重量輕、分辨率優(yōu)、成本低等特點。,13,AV

11、ANCE III 光譜儀圍繞先進的數(shù)字概念設計，憑借高度模塊化和可擴展發(fā)送器與接收器通道結構，提供最佳途徑，實現(xiàn)最高速度的 RF 生成和數(shù)據(jù)獲取。技術細節(jié)：先進RF和高速數(shù)據(jù)獲取，最低事件時間為25毫微秒數(shù)字鎖技術使實驗穩(wěn)定性優(yōu)異Smart VT和Smart cooler溫度控制系統(tǒng)HPLNA實現(xiàn)最佳敏感度和最低擾動,AVANCE Ⅲ NMR 譜儀,14,Advance III HD Nano Bay,AdvanceTIII

12、 HD NanoBay, equipped with CryoProbe Prodigy and autosampler SampleXpres,是迄今為止集成程度最高的先進 NMR 光譜儀。高效率、高品質，適用于各種常規(guī)和研究應用領域。技術細節(jié)：易于安放 ，適合放入小型分析實驗室包含 Ascend? 磁技術自動取樣系統(tǒng)等直觀的常規(guī)用戶界面 TopSpin?,15,,最新軟件TopSpinTM: 集測試、數(shù)據(jù)處理及結構模

13、擬等功能。,16,商用固態(tài) DNP-NMR 系統(tǒng)（,特點：Bruker 的 263 和 395 GHz DNP-NMR 光譜儀是世界上首批商用固態(tài) DNP-NMR 系統(tǒng)。這兩款光譜儀擴大了 DNP 固態(tài) NMR 實驗的范圍。提高生物分子 NMR 敏感度，令固態(tài) NMR 的敏感度提高多達 80。,技術細節(jié)：263 GHz 固態(tài) DNP 光譜儀25 W 263 GHz 回旋管9.7 T 回旋管磁體，帶超導炮線圈控制系統(tǒng)硬件和