Bruker核磁共振詳細(xì)資料

1、1會(huì)計(jì)學(xué)Bruker核磁共振詳細(xì)資料核磁共振詳細(xì)資料2021年12月5日2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.2021年12月5日3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 Structure Determination化學(xué)鑒定 Chemical

2、 Identification聚合物特性測(cè)定 Polymer Characterization藥品開發(fā) Drug Development催化研究 Catalysis用戶:化學(xué)公司 Chemical Companies藥劑化學(xué) Pharmaceutical Companies石油化工 Petrochemical Industry高分子材料Polymer Industry大學(xué) Universities醫(yī)院 Hospitals2021年12月5日4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

3、及核外電子組成.核磁共振研究的對(duì)象是原子核.一滴水大約由1022分子組成.HCHHmmm (10-6m)nm (10-9m)A (10-10m)2021年12月5日5具有非零自旋量子數(shù)的原子核具有自旋角動(dòng)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(chǎng)中,原來無規(guī)則的磁矩矢量會(huì)重新排列而平行于外加的磁場(chǎng).與外磁場(chǎng)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).B0M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 (macroscopic magn

4、etization.其方向與外磁場(chǎng)方向相同2021年12月5日6在磁場(chǎng)中,原來簡并的能級(jí)分裂成不同的能級(jí)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(jí)的躍遷.原子核能級(jí)的變化不僅取決于外部磁場(chǎng)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.B0MB0MRF 脈沖接收器ReceiverFTS(t)S(w)ass11 2021年12月5日7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Soli

5、ds600 MHz成像NMR2021年12月5日80BEwLarmor 頻率化學(xué)位移自旋-自旋偶合e.g. B0=11.7 T, w(1H)=500 MHzw(13C)=125 MHz化學(xué)位移 B0 kHz自旋-自旋偶合 Hz-kHz2021年12月5日9Information:Larmor 頻率原子核化學(xué)位移: 結(jié)構(gòu)測(cè)定(功能團(tuán))J-偶合: 結(jié)構(gòu)測(cè)定(原子的相關(guān)性)偶極偶合:結(jié)構(gòu)測(cè)定 (空間位置關(guān)系)弛豫:動(dòng)力學(xué)1H13CCH3C=CH-HHCCCHHHHDJHHHCJCHCC=CCH32021年12月5日1.82.02.22.4ppmppm1.01.

6、82.02.22.4ppm1.02.0分辨率可通過提高外磁場(chǎng)強(qiáng)度和增加譜圖的維數(shù)而提高. nD NMR (n=2,3,4)1D 譜2D (輪廓圖)2021年12月5日11FMAudio反饋600譜儀2021年12月5日12600 MHz磁體探頭機(jī)柜RF 產(chǎn)生RF 放大信號(hào)檢測(cè)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(chǔ)存;數(shù)據(jù)處理;總體控制.2021年12月5日13AQX(Digital)CCUTCUFCURCUVT unitBSMSshimlockCCUAQRASURouterACB

7、ADCRX22AmplifierAmplifierPTS2021年12月5日14RF 接口RF 線圈+調(diào)諧元件(電容器)HelmholtzSolenoid2021年12月5日152021年12月5日16AVANCE 系統(tǒng):FCU:頻率控制單元 Frequency Control UnitASU:頻輻設(shè)置單元 Amplitude Setting UnitTCU:時(shí)間控制單元 Timing Control UnitCCU:協(xié)調(diào)控制單元 Communication Control UnitRCU:接收控制單元 Receiver Control UnitBSMS:布魯可智能磁體控制系統(tǒng) Bruker

8、Smart Magnet SystemLOT:發(fā)射/調(diào)諧開關(guān) Local Oscillator and Tune BoardACB:功放控制板 Amplifier Control BoardRX22:接收器 ReceiverADC:數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器 Analog to Digital ConverterHPPR:前置放大器 Pre-amplifierLCB:鎖場(chǎng)控制板 Lock Control BoardPTS:頻率合成器 brand of synthesizer usedXwinNMR: 運(yùn)行軟件 Operating SoftwareLINUX/WINDOWS:計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) SGI Ope

9、rating SoftwarePulse Program:脈沖程序 Operator Instructions for experiment2021年12月5日17AV 系統(tǒng):FCU:頻率控制單元 Frequency Control UnitSGU:信號(hào)產(chǎn)生單元 Amplitude Setting UnitTCU:時(shí)間控制單元 Timing Control UnitCCU:協(xié)調(diào)控制單元 Communication Control UnitRCU:接收控制單元 Receiver Control UnitBSMS:布魯可智能磁體控制系統(tǒng) Bruker Smart Magnet SystemACB:

10、功放控制板 Amplifier Control BoardRX22:接收器 ReceiverADC:數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器 Analog to Digital ConverterHPPR:前置放大器 Pre-amplifierLCB:鎖場(chǎng)控制板 Lock Control BoardXwinNMR: 運(yùn)行軟件 Operating SoftwareLINUX/WINDOWS:計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) SGI Operating SoftwarePulse Program:脈沖程序 Operator Instructions for experiment2021年12月5日18A: 磁化強(qiáng)度矢量, Larmor 頻

11、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(dòng), 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(cè), 頻率掃描寬度, 折反峰 folding B0MB0MRF pulseReceiverFTS(t)S(w)AECBD2021年12月5日19B0yxz600 MHzB0yxzM具有非零自旋量子數(shù)的原子核具有自旋角動(dòng)量,因而也就具有磁矩.在磁場(chǎng)中,原來無規(guī)則的磁矩矢量會(huì)重新排列而平行于外加的磁場(chǎng).與外磁場(chǎng)同向和反向的磁矩矢量符合Boltzmann分布.磁矩矢量沿磁場(chǎng)方向的進(jìn)動(dòng)使XY平面上的投影相互抵消.由于沿磁場(chǎng)方

12、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(hào)非常小而無法觀測(cè).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(chǎng)方向相同.以此矢量來描述宏觀樣品的核磁特性.2021年12月5日20核磁矩沿外磁場(chǎng)方向進(jìn)動(dòng)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(chǎng)的大小. 0 Bwnucleussymbolabundance (%)frequency (MHz) at 2.35Tproton (hydrogen)1H99.98100deuterium2H0.0151

13、5.35phosphorous31P10040.48carbon13C1.125.14nitrogen15N0.3710.13nitrogen14N99.637.22fluorine19F10094.08oxygen17O0.0413.56aluminum27Al10026.06 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+O12021年12月5日21核磁信號(hào)只能在核磁化矢量位于XY

14、平面時(shí)才能被檢測(cè)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.MMrf+M當(dāng)觀測(cè)信號(hào)時(shí),RF 脈沖是處于關(guān)閉狀態(tài). NMR信號(hào)是在微伏(microvolts)而RF脈沖是在千伏kilovolts.2021年12月5日22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.MrfMrfxzyxyzxzyy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20

15、21年12月5日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(hào)也以大致相當(dāng)?shù)念l率饒Z旋轉(zhuǎn).然而此高頻信號(hào)(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(cè)到的信號(hào)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.混合檢測(cè)的信號(hào)(10-800 MHz)參照頻率(10-800 MHz)自由衰減信號(hào) (FID)(audio: 0-100 kHz)接受器 (RX22)數(shù)字化器 (HADC)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存2. b.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系2021年12月5日24通過RF脈沖的照射,磁化矢量將以RF

16、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(dòng).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(dòng). -只要RF脈沖打開,則磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)就不會(huì)停止.-磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)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.Mrfxyz45o90o180o270o360o2021年12月5日2590o 或p/2 脈沖將給出最大的信號(hào).所以也就成為準(zhǔn)確測(cè)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)

17、. 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.)/lg(2001VVdB )/lg(1001PPdBMrfxyzPulse length90180270360)/lg(2001VVdB2021年12月5日26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2021年12月5日27MB0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(dòng)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)

18、射線圈是同一線圈.X信號(hào)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(hào)使之頻率降低到聲頻范圍.模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將此信號(hào)數(shù)字化.Vt2021年12月5日28去接收器的信號(hào)從功放來的RF 脈沖HPPR控制1HXD前置放大器HPPR前置放大器有兩種用途:1. 放大檢測(cè)的NMR信號(hào) (從微伏到毫伏)2. 分離高能RF脈沖與低能 NMR信號(hào).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(hào)接收器.2021年12月5日29檢測(cè)方法:具有Larmor頻率NMR信號(hào)與激發(fā)脈沖混合,所得的差被數(shù)字化.混合檢測(cè)的信號(hào)(10-800 MHz)參照頻率(10-800 MHz)

19、自由衰減信號(hào) (FID)(audio: 0-100 kHz)接受器 (RX22)數(shù)字化器 (HADC)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存2021年12月5日30mixing信號(hào)(10-800 MHz)SFO1 + 22 MHz(32-822 MHz)自由衰減信號(hào) (FID)(audio: 0-100 kHz)接收器 (RX22)Digitizer (HADC)計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存RX22 檢測(cè)過程:具有Larmor頻率NMR信號(hào)將被混合兩次. 首先將信號(hào)與SFO1+22MHz的脈沖混合.然后將所得信號(hào)再與22 MHz混合而得到具有音頻的自由衰減信號(hào)(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)m

20、ixing混合(II)IF 22 MHz2021年12月5日31NMR 信號(hào)通常包含許多共振頻率及振輻.為能更好的描述NMR信號(hào), 我們一般使用16 或18 bit ADC. 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)2021年12月5日32NMR 信號(hào)被稱為自由衰減信號(hào) (Free Induction Decay 或 FID).此信號(hào)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.(T2 relaxation)在BRUKER儀器中,時(shí)域信號(hào)的數(shù)據(jù)點(diǎn)是由參數(shù)TD 設(shè)定.為

21、使時(shí)域信號(hào)能夠被完全采集到,TD應(yīng)為一適當(dāng)?shù)闹?以免使信號(hào)被剪斷( truncation).TD set proper*TD too small2021年12月5日33在測(cè)量NMR信號(hào)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(cè)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(hào)平均是指通過增加掃描次數(shù)來壓制噪音而增加信號(hào)強(qiáng)度的方法.N次額外的掃描回給出 倍的增強(qiáng)的信號(hào)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noiselevelsignaln202

22、1年12月5日34FID譜圖NSS/N14162561 (ref)2x4x16x2021年12月5日35NMR信號(hào)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(chǎng)的大小有關(guān).信號(hào)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(hào)的目的.T1=30s, 4 scansa. D1=150s;

23、90o pulse; 600s;b. D1=15s; 90o pulse; 60s;c. D1=15s; 30o pulse; 60s.abc2021年12月5日36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(hào)包含許多共振頻率的復(fù)合信號(hào).分析研究這樣一個(gè)符合信號(hào)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(hào)通過傅立葉轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào).在頻域信號(hào)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.timefrequencyFT2021年12月5日37由于NMR檢測(cè)器不能檢測(cè)出順時(shí)針或反時(shí)針方向的核

24、磁信號(hào),傅立葉轉(zhuǎn)換后,將給出+w 和 w兩個(gè)峰. xVtxVtFT0-ww2021年12月5日38NMR SignalReference (SFO1)90o0oADCABRealImaginary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(cè)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(cè)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(cè)器,而是使用一個(gè)檢測(cè)器.將檢測(cè)到的信號(hào)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(cè)(Quadrature Detection)2021年12月5日39Channel AChannel BFTFTChan

25、nel A + B2021年12月5日40cosineExponential(slow)Exponential(fast)blockpulsetimefrequencyFTtimefrequencyFTnoise2021年12月5日41在數(shù)據(jù)采集時(shí),最好只采集數(shù)據(jù)直到信號(hào)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(hào)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=128TD=128; SI=1024TDTDSI2021年12月5日42Lb=0Lb=5Lb=10NMR信號(hào)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)

26、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).2021年12月5日43一個(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(convolution theory).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.=xFT2021年12月5日44正確圖譜SpikeArcingBad lineshape(shimming)

27、2021年12月5日45采樣快慢決定了觀測(cè)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.swdw12sw=1000 Hzsw=500 Hzdw= 0.5msdw= 1 ms2021年12月5日46當(dāng)NMR 信號(hào)數(shù)字化時(shí)速度太慢時(shí)會(huì)導(dǎo)致對(duì)FID信號(hào)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(duì)FID信號(hào)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)(Nyquist Theorem). 如果不這樣就會(huì)產(chǎn)生峰折返.不產(chǎn)生峰折返所能達(dá)到的最大頻率叫Nyquist Frequency.真實(shí)峰出現(xiàn)峰2021年12月5日

28、47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(cè)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).o1o1o12021年12月5日48在實(shí)際測(cè)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 sw2. 調(diào)整 o13. 調(diào)整 swo1new o1swswnew sw2021年12月5日49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. ReImReImIn phaseOut of phase2021年

29、12月5日50在BRUKER儀器中,相位調(diào)整首先對(duì)最大峰進(jìn)行零級(jí)相位調(diào)整PH0,然后以一級(jí)相位調(diào)整PH1來調(diào)節(jié)其他的峰.1. FT phase2. Adjust ph0on biggest peak3. Adjust otherpeaks with ph12021年12月5日51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.0BEwLarmor 頻率化學(xué)位移自旋-自旋偶合e.g. B0=11.7 T, w(1H)=500 MHzw(13C)=125 MHz化學(xué)位移 B0 kHz自旋-自旋偶合 Hz-kHz2021年12月5日

30、52在磁場(chǎng)中,由于原子核外電子的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生一個(gè)小的磁場(chǎng)Be(local field).此小磁場(chǎng)與外加磁場(chǎng)(B0)方向相反.從而使原子核感受到一個(gè)比外加磁場(chǎng)小的磁場(chǎng)(B0+Blo).此一現(xiàn)象我們稱做化學(xué)位移作用或屏敝作用.B0Be原子核實(shí)際感受到的磁場(chǎng):B = (1-s) B0s化學(xué)位移常數(shù)2021年12月5日53由于化學(xué)位移是與外加磁場(chǎng)成正比,所以在不同的磁場(chǎng)下所的花絮位移數(shù)值也不同.也會(huì)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(chǎng).0 Hz15003000450060000 ppm48120 Hz15003000450060000 ppm4812參照樣品峰ppmsamp

31、lereferencereferencewww300 MHz500 MHz300 MHz500 MHz1 ppm = 300 Hz1 ppm = 500 Hz2021年12月5日540 ppm428610HC=OHC=CH2CH3即使使用不同的儀器或在不同的場(chǎng)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.2021年12月5日55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.CHCHHC異核J-coupling同核 J

32、-couplingJCHJHH2021年12月5日56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.CHJCHCHJCH原始頻率ww-J/2w+J/2JCH2021年12月5日57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:HaHbCCwawbJABHBHBHAHAJABobserved spincoupled spinintensityAB1B1BA1A12021年12

33、月5日58HaHbCCHcAB,CBCAAB,C是化學(xué)等價(jià)的核JAB=JAC2021年12月5日59HaHbCCHcB,C是化學(xué)不等價(jià)的核JAC=10 HzJAC=4 HzJBC=7 HzABCwAJACJAC2021年12月5日60*CH*CH2*CH3CH1H2H3CH1H2CH1*CC2021年12月5日61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. x100H-13CH-13C105 HzH-12C2021年12月5日62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(chǎng)必須具有

34、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(chǎng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),而小的線寬則通過能提供均勻場(chǎng)強(qiáng)的磁體及勻場(chǎng)來完成.2021年12月5日63實(shí)驗(yàn)對(duì)磁場(chǎng)穩(wěn)定性的要求可以通過鎖場(chǎng)實(shí)現(xiàn).通過不間斷的測(cè)量一參照信號(hào)(氘信號(hào))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. 2DLockTXLockRXLockfreq.Z0-coil2021年12月5日64在樣品中,磁場(chǎng)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(chǎng)線圈按繞

35、制所提供的涵數(shù)方式給出補(bǔ)償以消除磁場(chǎng)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(chǎng)(cryo-shims)線圈和室溫勻場(chǎng)線圈RT-shims). 低溫勻場(chǎng)線提供較大的矯正.2021年12月5日65勻場(chǎng)線圈分為兩組: 改變Z-軸方向場(chǎng)強(qiáng)的稱為縱向勻場(chǎng)(axial, on-axis or z-shims);改變垂直與Z-軸方向場(chǎng)強(qiáng)的稱為橫向勻場(chǎng)(transverse or off-axis shims).orderon-axisoff-axis1ZX,Y2Z2XZ,YZ,X2-Y2,XY3Z3XZ2, YZ2,(X2-Y2)Z,X3, Y3, XYZ4Z4XZ3, YZ3, (X2-Y2)

36、Z25Z56Z6shimsZZ2Z3Z4Z5z-height-0.50-0.250.000.250.50shim field2021年12月5日66 Z+ Z2 - Z2 + Z4 - Z4 Z3 Z5 2021年12月5日67x,y,zz,z2x,y,xy,xz,yz,x2y2z,z2,z3x,y,xy,xz,yz,x2y2,xz2,yz2,x2y2z,xyzz,z2,z3,z4x,y,xy,xz,yz,x2y2,xz2,yz2,x2y2z,xyz,x3y3,x2y2z2z,z2,z3,z4,z5,z6SpinningNon-spinning勻場(chǎng)需要豐富經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ).通過觀察鎖場(chǎng)信號(hào)高低,樣品

37、信號(hào)線形及FID. 2021年12月5日68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(cè)量氘代丙酮中3%的氯仿而得.數(shù)據(jù) 0.3/7/14表明Hz at 50%;半峰寬7 Hz at 0.55%;碳衛(wèi)星峰高度的峰寬14 Hz at 0.11%1/5碳衛(wèi)星峰高度的峰寬13C satellites215 Hz2021年12月5日69- 2 0- 1 5- 1 0- 52 01 51 050H z-100-80-60-40-20120100806040200Hz樣品旋轉(zhuǎn) 在 50,0.55 and 0.11%處確定峰寬數(shù)值50%0.11%0.55%旋轉(zhuǎn)邊

38、帶2021年12月5日70- 1 5- 1 0- 51 51 050H z-100-80-60-40-20100806040200Hz50%0.11%0.55%樣品不旋轉(zhuǎn) 在 50,0.55 and 0.11%處確定峰寬數(shù)值2021年12月5日71B0M在傳統(tǒng)坐標(biāo)系中,由于外加磁場(chǎng)對(duì)原子核的作用，磁化矢量以Larmor 頻率繞外加磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng). 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(chǎng)而磁化矢量也就會(huì)靜止不動(dòng)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(chǎng)就會(huì)出現(xiàn)而磁化矢量會(huì)圍繞此小磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)此小磁場(chǎng)叫偏置場(chǎng)wMM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

39、2021年12月5日72zw1= weffxzw1wxweffzw1= weffxM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(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng).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(chǎng)與磁場(chǎng)的合場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng).Mzweffxweff2021年12月5日73在共振接近共振偏置共振通過改變以達(dá)到共振頻率2021年12月5日74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(duì)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(chǎng)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zw1wxweffzw1= weffxzw1wxweff

40、RF (O1)2021年12月5日75p/2 = 6 ms020000400006000080000w (Hz)020000400006000080000w (Hz)p/2 = 18 msp = 36 ms磁化矢量與偏置共振的關(guān)系2021年12月5日76計(jì)算脈沖強(qiáng)度: 若 p/2 脈沖 10 ms 則2p 脈沖 40 ms 那么 w1 1/40ms = 25 kHz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(huì)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 6 dB 衰減將使輸出的伏特值減半而使脈沖長

41、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)= -20 log (V/Vmax)2021年12月5日77Paropt 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(chǔ)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dp12021年12月5日78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Adiabatic PulsesShaped Dante2021

42、年12月5日79通過對(duì)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frequencyFT頻率時(shí)間2021年12月5日8015001000500-5000-1000-1500Hz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R(shí)F shapeExcited regionFT2021年12月5日81RectangleSincSinc(3)GaussHalf GaussDantePulseExcitationFTPulseExcitationFT2021年12月5日82-1500-1000-500150010005000Hz選擇脈沖的長度決定激發(fā)區(qū)域Gauss

43、: 4 mshard p/2 pulseGauss: 2 msGauss: 1 ms5. NMR: 選擇性脈沖（Selective RF Pulses）2021年12月5日83- 1 5 0 0- 1 0 0 0- 5 0 01 5 0 01 0 0 05 0 00H zEburp, 20 ms通過改變選擇脈沖的頻率可以改變選擇激發(fā)的位置 spoffs1 etc.2021年12月5日84.Pulse shapepulse angleRF fieldAttenuation (dB)Bandwidth (1/tp)Square90101.0Sinc(3)905.8-15.35.0Gauss902.

44、5-8.01.4G4 Cascade9018.3-25.27.3Eburp-19015.4-23.84.3Uburp9043.7-32.84.2Square1802-60.8Sinc(3)18011.6-21.33.2Iburp18013.4-22.54.4Reburp18024.0-27.64.6G3 Cascade18014.4-23.15.45. NMR:整形脈沖的一些特性2021年12月5日85原子核間的偶合導(dǎo)致譜圖的復(fù)雜化CHJCHCHJCHoriginal frequencyww+J/2w-J/2JCH2021年12月5日86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

45、方式的分析就不是那么容易*CH3-CH2-未去偶?xì)淙ヅ?021年12月5日87氫對(duì)碳的偶合作用可以通過對(duì)氫施加一個(gè)脈沖消除.此一技術(shù)稱為去偶.對(duì)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(duì)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.CHJCHCHJCHp-pulse on H這相當(dāng)于使用一系列1800脈沖快速照射氫核.C-HpHC-HpHpHpHC-HC-HC-HC-HpHw+J/2w-J/2w+J/2w-J/2w+J/2w-J/22021

46、年12月5日88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.decoupledcoupledC-HC-H2*CH3-CH2-2021年12月5日89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.2021年12月5日9001.55去偶與脈沖強(qiáng)度的關(guān)系2021年12月5日91Proton resonance offsetProton RF power2021年12月5日92在工作上的去偶實(shí)驗(yàn)很

47、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(duì)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, Mlev etc. 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.2021年12月5日93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(hào)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(hào)被淹沒在噪音.x 64問題:- 動(dòng)態(tài)范圍;- 實(shí)際樣品的信號(hào)低S/

48、N;-實(shí)際樣品的信號(hào)淹沒在基線噪音中;- 接近水峰的信號(hào)”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.2021年12月5日94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(dòng)態(tài)范圍及S/N.3.6ppmzgrg=1zgprrg=64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(chǎng)條件,并準(zhǔn)確調(diào)整O1位置.2021年12月5日95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t

49、1.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t1t1t22021年12月5日96FID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)t2t1t1f22021年12月5日97對(duì)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)f2f2f1t12021年1

50、2月5日982D NMR 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1020304050602040600.511.521020304050601020304050602021年12月5日99兩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.1.82.02.22.4ppmppm1.01.82.02.22.4ppm1.02.02021年12月5日100 2D Cosy 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

51、出一般的氫譜543210012345C交叉峰s對(duì)角線峰2021年12月5日1012468ppm2468ppm500 MHz N-type COSY spectrum of Strychnine,.RFp/2FIDp/2t1Cosy 經(jīng)常用于氫的二維譜.在此基礎(chǔ)上演化出Tocsy, and DQF-Cosy.2021年12月5日102Noesy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).HaHb012345543210fafbfcHc2021年12月5日103ppm10987654321ppm109876543210Noesy 經(jīng)常被用來確定一些生物大分子

52、象蛋白質(zhì),核酸, DNA, RNA 等. 水中g(shù)ramicidine 的400 MHz Noesy 譜.2021年12月5日1041008060402002543101H13CC-H異核相關(guān)譜給出碳?xì)涞呐己详P(guān)系.2021年12月5日105異核相關(guān)譜可通過觀測(cè)碳(1H-13C Hetcor) 或觀測(cè)氫 (HMQC, HSQC). 觀測(cè)氫的實(shí)驗(yàn)也稱做反相實(shí)驗(yàn).60708090ppm45ppmFID1Hp/2p13Cp/2p/2t113C-1H HMQC of Sucrose in D2O13C1H2021年12月5日1069. 磁場(chǎng)梯度(Magnetic Field Gradients)2021年

53、12月5日107梯度場(chǎng)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(hào)而增加動(dòng)態(tài)范圍.- 節(jié)省時(shí)間(不在需要相位循環(huán))- 減少信號(hào)干擾( t1-噪音)- 提高譜圖質(zhì)量.9. 磁場(chǎng)梯度(Magnetic Field Gradients)2021年12月5日10802468ppm02468ppm02468ppm02468ppmWorst case scenario Cosy spectrum.t1-噪音峰中央峰(axial peaks)掃描循環(huán)太快在相同條件下采集的梯度場(chǎng) Cosy 譜9. 磁場(chǎng)梯度(Magnetic Field Gradients)2021年12月5日109進(jìn)動(dòng)頻率 (

54、Larmor) w 正比與 i B0i 磁旋比. 1H=4 13C若 B0 = 11.7T 那么 w1H=500 MHz在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(w)磁化矢量靜止不動(dòng)zB0uvzxy9. 梯度場(chǎng)2021年12月5日110施加的梯度場(chǎng)與外磁場(chǎng)疊加,因此,原子核將經(jīng)歷一個(gè)不同的磁場(chǎng).因而將圍繞新的磁場(chǎng)以不同的頻率進(jìn)動(dòng). w(z) = B0 + z GzzB0uv+zGzzxy9. 梯度場(chǎng)2021年12月5日111在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)西中,假如梯度場(chǎng)強(qiáng)為 20 G/cm 線圈的有效長度是 1 cm. 1Gauss相當(dāng)于4258 Hz氫的頻率. 處于 z = +0.5 cm的原子核就會(huì)以0.5*20*4258 = 4258

55、0 Hz的速度旋轉(zhuǎn), 而在z = 0的原子則靜止不動(dòng). zB0uv+00.250.5-0.25-0.5 02129042580- 21290- 42580wz(Hz)zGzzxyz (cm)9. 梯度場(chǎng)2021年12月5日112由于所處不同平面位置的原子核將感受到不同的磁場(chǎng)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(chǎng)的強(qiáng)度.zB0uv+zGzzxy9. 梯度場(chǎng)2021年12月5日113疊加在主磁場(chǎng)上的梯度場(chǎng)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(chǎng)打開的情況下檢測(cè)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

56、具有相同頻率原子核的數(shù)量. (Reproduced from Ernst et al. Principles Of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions, Oxford University Press)9. 梯度場(chǎng)成象2021年12月5日114xyxzimage planey9. Gradients: Imaging2021年12月5日115由于梯度場(chǎng)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(chǎng)前轉(zhuǎn)到XY平面的聚焦的磁化矢量,在梯度場(chǎng)打開后會(huì)很快散開.梯度場(chǎng)關(guān)閉磁化矢量將以沒有梯度場(chǎng)時(shí)的頻率旋轉(zhuǎn).梯度場(chǎng)實(shí)際是以脈沖

57、的形式施加在樣品上.不同強(qiáng)度的梯度場(chǎng)脈沖可以使磁化矢量散開相同的程度,只是施加梯度場(chǎng)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.信號(hào)XY2021年12月5日1161. 選擇激發(fā)水峰2. 施加梯度場(chǎng)打散水峰信號(hào)3. 900硬脈沖激發(fā)其他峰信號(hào).0002021年12月5日117p/2p/2RF水峰梯度FIDref: Doddrell et al.J.Mag.Reson 1986,70,173.83.3ppm2mM Sucrose in H2Otop: single pulsebot: Submergerg=1rg=64x8SUBMERGE: 使

58、用梯度場(chǎng)及選擇性脈沖的水峰壓制2021年12月5日118在許多應(yīng)用中,被梯度場(chǎng)打散的確信號(hào)有通過施加梯度場(chǎng)重新聚焦形成回波. 兩個(gè)基本的脈沖序列,gradient recalled echo和gradient spin echo.1. Gradient Recalled Echo5RF梯度場(chǎng)FID1234p/2XY143252021年12月5日119RFp/2梯度場(chǎng)FIDstart acquisition時(shí)間 (ms)05101520250 . 0 2 00 . 0 1 50 . 0 1 00 . 0 0 5s e c2021年12月5日1202a. 自旋回波2b. 梯度回波RFFID1234

59、5p/2pRFFID梯度場(chǎng)123456p/2pXY143256XY143252021年12月5日121RFp/2梯度場(chǎng)FID開始采樣時(shí)間 (ms)0510152025p0 . 0 2 00 . 0 1 50 . 0 1 00 . 0 0 5s e c2021年12月5日122RFp/2梯度場(chǎng)FIDref: Piotto et al. J.Biomol.NMR (1992),2,661選擇1800脈沖翻轉(zhuǎn)除水外原子核的自旋狀態(tài)3.6ppm2mM Sucrose in H2Otop: single pulsebot: Watergaterg=1rg=64水門(WATERGATE)

60、利用梯度回波的水峰壓制2021年12月5日123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(chǎng)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(cè),消除橫向軸峰需要四步相循環(huán). 而使用梯度場(chǎng)一步即可完成.RFp/2gradientFIDp/2t11nn=1 N-typen=-1 P-type2021年12月5日124500 MHz vinylbromide的氫 COSY譜.只掃描一次導(dǎo)致P,N-型譜同時(shí)出現(xiàn).RFp/2FIDp/2t1相位00CHHHC=BrN-type 對(duì)角線Axial peaksP-type 對(duì)角線 010