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(lèi)與組成.,連續(xù)波和脈沖波譜儀.,儀器介紹.,,,,,主要內(nèi)容,,1.核磁共振波譜儀原理,,NMR是指在靜磁場(chǎng)中的物質(zhì)的原子核系統(tǒng)受到相應(yīng)頻率的電磁波的作用時(shí)，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(lái)檢測(cè)固定能級(jí)狀態(tài)之間電磁躍遷的設(shè)備。 原子核進(jìn)動(dòng)頻率與外加磁場(chǎng)的關(guān)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(tái)NMR譜儀由美國(guó)瓦里安公司研制成功（B=0.7T,V=30MHz）,,日本（JEOL)公司生產(chǎn)出世界上第一臺(tái)脈沖傅里葉變換NMR譜儀 （B=2.35T,V=100MHz）,,德國(guó)布魯克公司推出全數(shù)字化NMR譜儀,,,,美國(guó)瓦里安公司研制出世界第一臺(tái)超導(dǎo)NMR譜儀（B=4.7T,V=200MHz）,德國(guó)布魯克公司分別率先推出500、

3、600、750MHz超導(dǎo)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(jī)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(lèi)及基本組件,3,永磁、電磁、超導(dǎo)磁體譜儀,連續(xù)、分時(shí)、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(yàn)中射

4、頻場(chǎng)的施加方式，分為兩大類(lèi)：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(diǎn)，成為當(dāng)代主要NMR譜儀幻燈片 6,超導(dǎo)磁體：鈮鈦或鈮錫合金等超導(dǎo)材料制備的超導(dǎo)線圈；開(kāi)始時(shí)，大電流一次性勵(lì)磁后，閉合線圈，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場(chǎng)，長(zhǎng)年保持不變；溫度升高，“失超”；重新勵(lì)磁。 在低溫4K，處于超導(dǎo)狀態(tài)；磁場(chǎng)強(qiáng)度>100 kG超導(dǎo)核磁共振波譜儀： 200-40

5、0HMz；可 高達(dá)600-900HMz；,,3.譜儀基本組件,磁體,產(chǎn)生靜磁場(chǎng)；核自旋體系發(fā)生能級(jí)分裂；,射頻源,激發(fā)核磁能級(jí)之間的躍遷；,接收機(jī),接受微弱的NMR信號(hào)，放大變成電信號(hào)；,勻場(chǎng)線圈,調(diào)整靜磁場(chǎng)的均勻性，提高譜儀的分辨率；,計(jì)算機(jī)系統(tǒng),控制譜儀，并進(jìn)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(hào)檢測(cè)器，是譜儀的核心部件；,4.連續(xù)波NMR譜儀,原理： 把射頻場(chǎng)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?？赏ㄟ^(guò)掃場(chǎng)和掃頻兩種方式實(shí)現(xiàn)， 掃場(chǎng)：V不變，改變B。掃頻：B不變，改變V。實(shí)驗(yàn)室多用掃場(chǎng)法。特點(diǎn)： 時(shí)間長(zhǎng)，通常全掃描時(shí)間為200-300秒。靈敏度低、所需樣品量大，對(duì)一些難以得到的樣品，無(wú)法進(jìn)行NMR分析。,6,5.脈沖傅里葉變換NMR譜儀,特點(diǎn)：靈敏度高（是100倍），測(cè)量速度快，一般1H-NMR測(cè)量累加10-20次，需時(shí)60s左右樣品量少。,原理：恒定磁場(chǎng)，使用一個(gè)強(qiáng)

7、而短的射頻脈沖照射樣品，感應(yīng)電流信號(hào)經(jīng)過(guò)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(gè)相鄰共振信號(hào)的能力，以最小頻率間隔Iv1-v2I表示。,頻率穩(wěn)定性：通過(guò)連續(xù)記錄相隔一定時(shí)間的兩次掃描，測(cè)量其誤差；分辨率穩(wěn)定性：通過(guò)觀察峰寬隨時(shí)間變化的速率來(lái)測(cè)量的；,靈敏度表征了波譜儀檢測(cè)弱信號(hào)的能力，他取決于電路中隨機(jī)噪聲的漲落，一般定義為信號(hào)對(duì)噪聲之比，即信噪比。,波譜儀的三大技術(shù)指標(biāo),優(yōu)化

8、：提高磁場(chǎng)本身空間分布的均勻性、用旋轉(zhuǎn)式樣方法平均磁場(chǎng)分布均勻。,優(yōu)化：提高磁感應(yīng)強(qiáng)度、應(yīng)用雙共振技術(shù)、信號(hào)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(shí)例介紹,http://www.bruker.com/products/mr/nmr.html,德國(guó)布魯克公司,10,,,獨(dú)特的焊接技術(shù)促成最低的漂移率，外部干擾抑制 (EDS)可以屏蔽掉高達(dá) 99% 的外部磁場(chǎng)干擾。由于尺寸更小、重量更輕，易于安放，降低了對(duì)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)腔、高穩(wěn)定性的1GHzNMR持續(xù)超導(dǎo)磁體。磁場(chǎng)強(qiáng)度為23.5T。,US2的漏磁非常小，不會(huì)受振動(dòng)或熱學(xué)環(huán)境變化的影響。,減少液氮的蒸發(fā),NMR Superconducting Magnets （超導(dǎo)磁體）,,US2,Ascend,Ascend Aeon,Avance 1000,11,,應(yīng)用最廣泛的探頭正向&反向?qū)拵В˙B)包括19

10、F1H&19F去耦全自動(dòng)調(diào)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(dòng)調(diào)諧理想的中低場(chǎng)探頭使用液氮制冷成本低，體積小,探頭,Fourier 300 NMR譜儀,為化學(xué)教育和化學(xué)分析的所有普通應(yīng)用提供經(jīng)濟(jì)型NMR.具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、分辨率優(yōu)、成本低等特點(diǎn)。,13,AV

11、ANCE III 光譜儀圍繞先進(jìn)的數(shù)字概念設(shè)計(jì)，憑借高度模塊化和可擴(kuò)展發(fā)送器與接收器通道結(jié)構(gòu)，提供最佳途徑，實(shí)現(xiàn)最高速度的 RF 生成和數(shù)據(jù)獲取。技術(shù)細(xì)節(jié)：先進(jìn)RF和高速數(shù)據(jù)獲取，最低事件時(shí)間為25毫微秒數(shù)字鎖技術(shù)使實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性?xún)?yōu)異Smart VT和Smart cooler溫度控制系統(tǒng)HPLNA實(shí)現(xiàn)最佳敏感度和最低擾動(dòng),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(jìn) NMR 光譜儀。高效率、高品質(zhì)，適用于各種常規(guī)和研究應(yīng)用領(lǐng)域。技術(shù)細(xì)節(jié)：易于安放 ，適合放入小型分析實(shí)驗(yàn)室包含 Ascend? 磁技術(shù)自動(dòng)取樣系統(tǒng)等直觀的常規(guī)用戶(hù)界面 TopSpin?,15,,最新軟件TopSpinTM: 集測(cè)試、數(shù)據(jù)處理及結(jié)構(gòu)模

13、擬等功能。,16,商用固態(tài) DNP-NMR 系統(tǒng)（,特點(diǎn)：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(kuò)大了 DNP 固態(tài) NMR 實(shí)驗(yàn)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(dá) 80。,技術(shù)細(xì)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(dǎo)炮線圈控制系統(tǒng)硬件和