NMR基礎(chǔ)知識簡介

1、 NMR基礎(chǔ)知識簡介基礎(chǔ)知識簡介2022年3月24日2 化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定 天然產(chǎn)物化學(xué) 有機(jī)合成化學(xué) 動態(tài)過程的研究 反應(yīng)動力學(xué) 研究平衡過程（化學(xué)平衡或構(gòu)象平衡） 三維結(jié)構(gòu)研究 蛋白質(zhì) DNA. 蛋白/DNA復(fù)合物 多糖 藥物設(shè)計 NMR研究構(gòu)效關(guān)系（SAR） 醫(yī)學(xué) 磁共振成像（MRI）2022年3月24日3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Solids成像NMR2022年3月24日4Information:Larmor 頻率原子核化學(xué)位移: 結(jié)構(gòu)測定(功能團(tuán))J-偶合: 結(jié)構(gòu)測定(原子的相關(guān)性)偶極偶合:結(jié)構(gòu)測定 (空間位置關(guān)系)弛豫:動力學(xué)1H13CCH3C=CH

2、-HHCCCHHHHDJHHHCJCHCC=C 0D DE = h n na ab b2022年3月24日9 原子核的能量（對于一個核自旋）與核磁矩和外加磁場的大小成正比 : E = - m m . . Bo E(up) = g g h Bo / 4p p - E(down) = - g g h Bo / 4p p D DE = g g h Bo / 2p p 這個能量的差就是每個核可以吸收的能量（與信號的強(qiáng)度和靈敏度直接相關(guān)）: 磁體的磁場越強(qiáng) （大的Bo），NMR譜儀的靈敏度就越高。 具有較大g g值的核，吸收或發(fā)射的能量就越大，也就越靈敏。靈敏度與m m、 Na a - Nb b及“線圈

3、的磁通量”都成正比，這三者都與 g g成正比，所以靈敏度與g g3成正比。 如果考慮同位素的天然豐度, 13C (1%) 的靈敏度要比1H低上6400倍。g g13C = 6,728 rad / Gg g1H = 26,753 rad / G僅僅是 g g 的原因 ， 1H 的靈敏度就大約是13C的64倍2022年3月24日10 能量與頻率是相關(guān)的，我們可以作一些簡單的數(shù)學(xué)變換： D DE = h n n n n = g g Bo / 2p p D DE = g g h Bo / 2p p 對于1H來說，在通常的磁體中 (2.35 - 18.6 T), 其共振的頻率在100-800 MHz之間

4、。對13C, 是其頻率的1/4。 在解釋有些 NMR原理時, 我們需要用到圓周運(yùn)動。 對于描述圓周運(yùn)動Hz并不是一個好的單位。我們把進(jìn)動（或Larmor ）頻率定義為 w w: w w = 2pn pn w wo = g g Bo （弧度） 10-1010-8 10-6 10-4 10-2 100 102 wavelength (cm) g-rays x-rays UV VIS IR m-wave radio2022年3月24日11 w wo與什么樣的進(jìn)動相關(guān)呢? 有一個現(xiàn)象我們還沒涉及，它就是自旋角動量 l, 所有的核都具有自旋角動量。 我們可以粗略的認(rèn)為核繞著自己的 z 軸旋轉(zhuǎn)。如果核磁矩

5、m m不為零，它就是一個旋轉(zhuǎn)的原子磁體。 如果我們外加一個強(qiáng)磁場 Bo, 磁矩 m m 與 Bo 相互作用會產(chǎn)生一個扭力。不論磁矩 m m 的初始取向如何，他都將傾向與 Bo平行。lBoBoor.m mm m2022年3月24日12 由于自旋角動量 l 的原因，磁矩為 m m 的核會自旋, 因此兩個力會同時作用在它上面，一個力把它拉向 Bo方向，另一個使它保持自旋。最終結(jié)果是 m m 繞著 Bo進(jìn)動。 理解進(jìn)動最好的辦法是想象一個旋轉(zhuǎn)的陀螺在重力作用下的運(yùn)動情景。 核磁矩 m m 繞著Bo進(jìn)動的頻率與從能級差值計算所得的頻率是相等的。 雖然這兩個頻率沒有明顯的聯(lián)系，但是由嚴(yán)格的量子力學(xué)推導(dǎo)也可

6、以得到這一結(jié)論。 有些現(xiàn)象對于經(jīng)典NMR模型來說可以把它們看作一個黑匣子。Bow wom m2022年3月24日13 宏觀磁化矢量 Mo, 與布居數(shù)的差（Na a Nb b）成正比，它是所有核磁矩m m 共同作用的結(jié)果 我們可以把每一個小磁矩 m m 分為在 z 軸和 平面上兩個分量。 平面上分量的取向是隨即的，彼此相互抵消。對于z方向分量的和即為宏觀磁化矢量。它與Na a Nb b成正比。 在實(shí)際的樣品中討論宏觀磁化矢量更復(fù)合實(shí)際情況，所以在后面的部分中我們將使用宏觀磁化矢量來描述。 m m 和 Mo之間有一個很重要的不同點(diǎn)。前者是量子化的，只能有兩個狀態(tài)（a a 或 b b），后者是對于所

7、有自旋而言的，它具有連續(xù)的狀態(tài)數(shù)目。MoyxzxyzBoBo2022年3月24日14 NMR激發(fā)需要核自旋體系吸收能量。能量的來源是一個由變化的電場所產(chǎn)生的振蕩的射頻電磁輻射。MozxiB1 = C * cos (w wot)B1Transmitter coil (y)yBo2022年3月24日15核磁信號只能在核磁化矢量位于XY平面時才能被檢測到.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)觀測信號時,RF 脈沖是處于關(guān)閉狀態(tài). NMR信號是在毫伏(microvolts)而RF脈沖是在千伏kilovolts.2022年3月24日16 前面我們已

8、經(jīng)介紹了脈沖，下面我們來看看脈沖的作用原理。射頻脈沖是頻率為w wo 的連續(xù)波（cosine）與階梯函數(shù)的組合結(jié)果。 這是脈沖在時間域的形狀。通過對其進(jìn)行FT變換，我們可以分它在頻率域的覆蓋范圍。 對其進(jìn)行FT的結(jié)果是一個中心位于 w wo，兩邊覆蓋一定頻率寬度的信號。其覆蓋的頻率寬度與tp 成反比：f 1 / t.*=tpFTw wo2022年3月24日17 脈沖的寬度不只和其覆蓋的頻率范圍有關(guān)，它還表明外加射頻場B1的作用時間。因此，它就是外加扭力對宏觀磁化矢量Mo的作用時間。 特定傾倒角脈沖的寬度也儀器本身有關(guān)（B1），我們習(xí)慣上以脈沖使宏觀磁化矢量傾倒的角度來標(biāo)識脈沖。所以我們常見的脈

9、沖有 p p / 4、p p / 2 和 p p 脈沖。zxMxyyzxyMoB1q qttpq qt = g g * tp * B12022年3月24日18 最常用的脈沖是p p / 2脈沖，它使磁化矢量完全傾倒到 平面： p p 脈沖也很重要，它使得自旋體系的布居數(shù)反轉(zhuǎn)。 原則上講我們可以得到任意角度的脈沖。zxMxyyzxyMop p / 2zx-MoyzxyMop p2022年3月24日19通過RF脈沖的照射，磁化矢量將以RF脈沖的照射方向為軸在垂直于RF脈沖的照射方向的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動。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。 -只要RF脈沖打開，則磁化矢量的轉(zhuǎn)動就不會停

10、止。-磁化矢量的轉(zhuǎn)動速度取決于脈沖強(qiáng)度。-脈沖長度將決定磁化矢量停止的位置。Mrfxyz45o90o180o270o360o2022年3月24日2090o 或p/2 脈沖將給出最大的信號，所以也就成為準(zhǔn)確測定此參數(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)。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 length90

11、180270360)/lg(2001VVdB2022年3月24日21MB0接受接受/發(fā)射線圈發(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)射線圈是同一線圈。信號首先被送到前置放大器然后送到接收器。接收器分解此信號使之頻率降低到聲頻范圍。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器將此信號數(shù)字化。Vt2022年3月24日22 Nyquist 原理表明采樣的速度至少要是最快的信號（頻率最高）的兩倍。 如果采樣的速度是信號頻率的兩倍，我們就可以清楚的記錄這一頻率的信號。 如果采樣速率降低一半，我

12、們就只能得到頻率為真實(shí)頻率 的信號。這些信號會折疊回我們的譜中，相位會與其它的峰不同。這種現(xiàn)象叫做 aliasing.SR = 1 / (2 * SW)2022年3月24日23采樣快慢決定了觀測的譜圖的頻率范圍，在Bruker儀器中，采樣的快慢由駐留時間參數(shù)(DW)確定。駐留時間和譜寬間的關(guān)系由下試確定：swdw12sw=1000 Hzsw=500 Hzdw= 0.5msdw= 1 ms2022年3月24日24檢測方法:具有Larmor頻率NMR信號與激發(fā)脈沖混合，所得的差被數(shù)字化?；旌蠙z測的信號(10-800 MHz)參照頻率(10-800 MHz)自由衰減信號 (FID)(audio: 0

13、-100 kHz)接受器 (RX22)數(shù)字化器 (HADC)計算機(jī)儲存2022年3月24日25 當(dāng)宏觀磁化矢量Mo受到 p p / 2 脈沖的傾倒到平面后，檢測線圈中會出現(xiàn)NMR信號。 核自旋系統(tǒng)會向平衡態(tài)恢復(fù)，宏觀磁化矢量Mo在 平面內(nèi)的馳豫可用指數(shù)函數(shù)描述。所以檢測線圈會檢測到一個衰減的cosine信號（單個自旋種類）w w = w woMxyw w - w wo 0timeMxytime2022年3月24日26 在實(shí)際的樣品中可能存在數(shù)以百計的自旋系統(tǒng)，它們的共振頻率各不相同。我們用射頻脈沖同時激發(fā)所有的頻率，接收線圈會同時檢測到所有頻率的信號。我們看到的結(jié)果是所有信號的疊加，這就是FI

14、D信號。 對FID信號進(jìn)行FT處理就可以得到NMR譜圖。2022年3月24日272022年3月24日282022年3月24日29 2022年3月24日302022年3月24日31AV 系統(tǒng)系統(tǒng):CCU:通訊控制單元 Communication Control Unit TCU:時間控制單元 Timing Control UnitFCU:頻率控制單元 Frequency Control UnitGCU：梯度控制單元 Gradient Control UnitSGU:信號產(chǎn)生單元 Amplitude Setting UnitDRU:數(shù)字化接收單元 Digital Receiver UnitBSMS

15、:布魯克智能磁體控制系統(tǒng) Bruker Smart Magnet SystemACB:功放控制板 Amplifier Control BoardRXAD:接收器與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 Receiver and Analog to Digital ConverterHPPR:前置放大器 Pre-amplifierSLCB：樣品和液氦液面控制板 Sample and Level Control BoardSCB：勻場控制板 Shimming Control BoardLCB:鎖場控制板 Lock Control BoardLTX：鎖場信號發(fā)射板 Lock TransmitterLRX：鎖場信號接受板 Lo

16、ck RecieverTOPSPIN: 運(yùn)行軟件 Operating Software2022年3月24日32 通常 B1 的頻率會設(shè)置的比其它所有信號的頻率都高（或低）。這樣作的目的是為了避免有信號的頻率高于（或低于）參考頻率。這樣計算機(jī)就可以知道信號的正負(fù)了。 這樣做會有兩個問題：第一個是噪音問題，多余的噪音會折疊回NMR譜中，影響信噪比。第二個是激發(fā)脈沖問題，激發(fā)較寬的譜寬需要更高功率的脈沖。 最好的解決辦法是把參考頻率設(shè)置到譜頻率的中間。carrier2022年3月24日33由于NMR檢測器不能檢測出順時針或反時針方向的核磁信號,傅立葉轉(zhuǎn)換后,將給出+w 和 w兩個峰. xVtxVtF

17、T0-ww2022年3月24日34 怎樣才能區(qū)別信號的頻率比參考頻率快還是慢呢？解決這個問題的辦法就是使用兩個檢測器，其相位相差90度。 頻率高的信號與頻率低的信號正負(fù)相反，這樣就可以區(qū)分開頻率的正負(fù)。w w (B1)BFBFPH = 0PH = 90PH = 0PH = 90FFSS2022年3月24日35NMR SignalReference (SFO1)90o0oADCABRealImaginary數(shù)學(xué)處理通過使用具有900相位差的兩個基本點(diǎn)檢測器，正負(fù)頻率就很容易區(qū)分開。實(shí)際應(yīng)用中，并非使用兩個檢測器，而是使用一個檢測器。將檢測到的信號分成兩部分并分別送到具有償使用900相位差兩個通道

18、中。2022年3月24日36Channel AChannel BFTFTChannel A + B2022年3月24日37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 是所觀測的原子核Larmor頻率; o1p 是偏置頻率可以用來改變頻域譜圖的中央點(diǎn).o1po1po1p2022年3月24日38在實(shí)際測試未知樣品時,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 swo1pnew o1pswswnew sw2022年3月24日39NMR 信號通常包含許多共振頻率及振輻.為能更好的描述NMR

19、信號, 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)2022年3月24日40NMR 信號被稱為自由衰減信號 (Free Induction Decay 或 FID).此信號并不能象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-自旋馳豫造成.(T2 relaxation)在BRUKER儀器中,時域信號的數(shù)據(jù)點(diǎn)是由參數(shù)TD 設(shè)定.為使時域信號能夠被完全采集到,TD應(yīng)為一適當(dāng)?shù)闹?以免使信號被截斷( truncation).TD set proper*TD

20、 too small2022年3月24日41在測量NMR信號的同時,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), 信號平均是指通過增加掃描次數(shù)來壓制噪音而增加信號強(qiáng)度的方法.N次額外的掃描回給出次額外的掃描回給出 倍的增強(qiáng)的信號強(qiáng)度倍的增強(qiáng)的信號強(qiáng)度在BRUKER儀器中,掃描次數(shù)是由參數(shù)ns設(shè)置設(shè)置.另外,增加掃描次數(shù)時,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noiselevelsignaln2022年3月24日42FID譜圖NSS/N14162561 (ref)2x4x16x20

21、22年3月24日43 到目前為止我們還沒談到宏觀磁化矢量回復(fù)到平衡態(tài)的過程。這一過程就是馳豫過程。馳豫分為兩種類型，它們都與時間成指數(shù)衰減關(guān)系。縱向馳豫（自旋晶格馳豫） （T1） 它主要影響磁化矢量在 z 軸方向的分量（Mz） - 自旋系統(tǒng)與周圍的環(huán)境發(fā)生能量交換， 自旋系統(tǒng)回復(fù)到平衡態(tài)。 - 與其它核的偶極偶合以及順磁物質(zhì)會 影響到T1時間的大小。橫向馳豫（自旋自旋馳豫）（T2） 它主要影響磁化矢量在平面的分量（Mxy） - 自旋自旋相互作用使得Mxy散相 - 還會受到磁場不均運(yùn)性的影響 - 小于T1MzzxyMxyzxy2022年3月24日44NMR信號是一個以常數(shù)為T2的指數(shù)方式衰減的函

22、數(shù)。 T2就是橫向弛豫過程的時間常數(shù)。就是橫向弛豫過程的時間常數(shù)。此外，在XY平面的磁化矢量需要一定的時間回到Z-軸上。這一過程需要的時間就叫縱向弛豫時間，其時間常數(shù)是T1。 T1 和T2 與原子核的種類，樣品的特性及狀態(tài)，溫度以及外加磁場的大小有關(guān)。信號平均方法成功的關(guān)鍵就是要正確設(shè)定參數(shù)D1。D1必須是五倍的必須是五倍的T1以保證在下次掃描時磁化矢量完全以保證在下次掃描時磁化矢量完全回到回到Z-軸。軸。有時為節(jié)省時間，使用小角度的脈沖，重復(fù)掃描以達(dá)到增強(qiáng)信號的目的。T1=30s, 4 scansa. D1=150s; 90o pulse; 600s;b. D1=15s; 90o pulse

23、; 60s;c. D1=15s; 30o pulse; 60s.abc2022年3月24日45在核磁共振實(shí)驗中,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信號包含許多共振頻率的復(fù)合信號.分析研究這樣一個符合信號顯然是很困難的.傅立葉轉(zhuǎn)換(FT)提供了一種更為簡單的分析研究方法.就是將時域信號通過傅立葉轉(zhuǎn)換成頻域信號.在頻域信號的圖譜中,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.timefrequencyFT2022年3月24日46 現(xiàn)在計算機(jī)中已經(jīng)有了FID數(shù)據(jù)。我們可以對FID做一些處理，比如數(shù)字濾波等。真正的NMR信號主要位于FID前面的部分，

24、隨著 Mxy 的衰減，F(xiàn)ID的后部主要以噪音為主。 直觀上講數(shù)字濾波就是給 FID乘上一個函數(shù)，使噪音比例較大的FID末端變得較小。主要為信號主要為噪音12022年3月24日47 對于下面原始的FID，我們分別使用一個正的和負(fù)的LB值，以說明它們對最終譜圖的影響。FTFTLB = -1.0 HzLB = 5.0 Hz2022年3月24日48 Gaussian/Lorentzian（GM）：提高分辨率。相比純粹用負(fù)的LB值來提高分辨率，對信噪比的不良影響要小一些。 Cosine 相移 cosine：主要用于二維譜。 窗口函數(shù)的選擇與具體的實(shí)驗相關(guān)。F(t) = e - ( t * LB + s

25、s2 t2 / 2 )F(t) = cos( p p t / tmax )2022年3月24日49SW - spectral width (Hz)SI - data size (points) 數(shù)據(jù)的大小與譜寬（采樣速度）、和采樣時間有關(guān)。數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)越多采樣的時間就越長。 即使數(shù)據(jù)的存儲空間足夠大，過長的采樣時間也會使實(shí)驗的時間變得很長。 我們把每個點(diǎn)所對應(yīng)的Hz 數(shù)定義為數(shù)字分辨率。 DR = SW / SI 對于 SW 為5 KHz，F(xiàn)ID 點(diǎn)數(shù)為16K的數(shù)據(jù)，其數(shù)字分辨率為：0.305 Hz/point. 一個很明顯的問題是：當(dāng)SW很大而SI很小時，數(shù)字分辨率就很低，不能準(zhǔn)確的反映出譜峰

26、形狀。2022年3月24日50 當(dāng)采樣時間不是足夠長（數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)較少）時，通過沖零可以提高數(shù)字分辨率。 沖零就是在FT前，在FID的末端加上大小為零的點(diǎn)。通常沖零的點(diǎn)數(shù)為1倍或2倍。 通過這種方法可以提高數(shù)字分辨率，通?？梢蕴岣咦V圖的質(zhì)量。如果最初的FID點(diǎn)數(shù)太少，通過沖零也不能得到好的譜圖。8K data8K zero-fill8K FID16K FID2022年3月24日51在Topspin軟件中，沖零是通過設(shè)置SI的值來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)SI大于TD時，軟件會自動沖零TD=SI=128TD=128; SI=1024TDTDSI2022年3月24日52在BRUKER儀器中，相位調(diào)整首先對最大峰進(jìn)行零

27、級相位調(diào)整PH0，然后以一級相位調(diào)整PH1來調(diào)節(jié)其他的峰。1. FT phase2. Adjust ph0on biggest peak3. Adjust otherpeaks with ph12022年3月24日53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.0BEgwDLarmor 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-kHz2022年3月24日54在磁場中，由于原子核外電子的運(yùn)動而產(chǎn)生一個小的磁場Be

28、(local field)，此小磁場與外加磁場(B0)方向相反，從而使原子核感受到一個比外加磁場小的磁場小的磁場(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:B = (1-s s) B0s化學(xué)位移常數(shù)2022年3月24日55由于化學(xué)位移是與外加磁場成正比，所以在不同的磁場下所的化學(xué)位移數(shù)值也不同。也會引起許多麻煩，引入ppm并使用同意參照樣品，就是光譜獨(dú)立于外加磁場。0 Hz15003000450060000 ppm48120 Hz15003000450060000 ppm4812參照樣品峰ppmsamplereferencereferencewww

29、300 MHz500 MHz300 MHz500 MHz1 ppm = 300 Hz1 ppm = 500 Hz2022年3月24日560 ppm428610HC=OHC=CH2CH3即使使用不同的儀器或在不同的場強(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)鑒定成為可能.2022年3月24日57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-couplingJCHJHH2022年3月2

30、4日58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/2JCH2022年3月24日59多重峰出現(xiàn)的規(guī)則:1. 某一原子核與N個相鄰的核相互偶合將給出(n+1)重峰.2. 等價組合具有相同的共振頻率.其強(qiáng)度與等價組合數(shù)有關(guān).3. 磁等價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 spinintensityAB1B1BA1A12022年3月24日60HaHbCCHcAB,CBCAAB,

31、C是化學(xué)等價的核JAB=JAC2022年3月24日61HaHbCCHcB,C是化學(xué)不等價的核JAC=10 HzJAC=4 HzJBC=7 HzABCwAJACJAC2022年3月24日62*CH*CH2*CH3CH1H2H3CH1H2CH1*CC2022年3月24日63由于一些核的自然豐度并非如此100%。因此譜圖中可能出現(xiàn)偶合分裂的峰和無偶合的峰。氯仿中的氫譜是一個典型的例子。x100H-13CH-13C105 HzH-12C2022年3月24日64實(shí)驗對磁場穩(wěn)定性的要求可以通過鎖場實(shí)現(xiàn)，通過不間斷的測量一參照信號(氘信號)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

32、減少輔助線圈(Z0)的電流來進(jìn)行矯正。2DLockTXLockRXLockfreq.DZ0-coil2022年3月24日65在樣品中，磁場強(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，一系列所謂勻場線圈按繞制所提供的函數(shù)方式給出補(bǔ)償以消除磁場的不均勻性，從而得到窄的線形.實(shí)際應(yīng)用中可分為低溫勻場(cryo-shims)線圈和室溫勻場線圈(RT-shims)。低溫勻場線提供較大的矯正。2022年3月24日66原子核間的偶合導(dǎo)致譜圖的復(fù)雜化。CHJCHCHJCHoriginal frequencyww+J/2w-J/2JCH2022年3月24日67如果峰

33、數(shù)不多，偶合的方式仍可分析出。但當(dāng)很多鋒出現(xiàn)時，偶合方式的分析就不是那么容易。*CH3-CH2-未去偶?xì)淙ヅ?022年3月24日68氫對碳的偶合作用可以通過對氫施加一個脈沖消除。此一技術(shù)稱為去偶。對氫核的飽和照射，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 w+J/2

34、w w-J/2w+w+J/2w w-J/2w w+J/2w w-J/22022年3月24日69氫去偶除簡化碳譜還因為有核的Overhauser效應(yīng)而增加信噪比。decoupledcoupledC-HC-H2*CH3-CH2-2022年3月24日70如果使用一個連續(xù)脈沖照射在氫的共振頻率而不是使用一系列1800脈沖。此法稱為連續(xù)波（CW）去偶. 去偶實(shí)驗應(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。2022年3月24日71.55去偶與脈沖強(qiáng)度的關(guān)系2022年3月24日72在中心頻率的去偶實(shí)驗很易實(shí)現(xiàn)，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