Bruker核磁共振詳細(xì)資料

目錄1系統(tǒng)介紹2核磁共振儀器組成及工作原理3核磁共振原理:原子核間相互作用4儀器分辨率及穩(wěn)定性5RF脈沖6去偶7水峰壓制技術(shù)8兩維核磁共振9核磁共振中梯度場應(yīng)用10.高分辨魔角旋轉(zhuǎn)光譜11.固體核磁共振2023/4/201Bruker核磁共振詳細(xì)資料第1頁B0yxz簡單介紹2023/4/202Bruker核磁共振詳細(xì)資料第2頁核磁共振:介紹核磁共振或簡稱NMR是一個用來研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)及物理特征光譜學(xué)方法.它是眾多光譜分析法中一員.其它分析方法: 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)頻繁使用在醫(yī)院疾病診療中.2023/4/203Bruker核磁共振詳細(xì)資料第3頁核磁共振:介紹即使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)大部分仍局限在試驗(yàn)室使用.應(yīng)用范圍: 結(jié)構(gòu)確定StructureDetermination

化學(xué)判定ChemicalIdentification

聚合物特征測定PolymerCharacterization

藥品開發(fā)DrugDevelopment

催化研究Catalysis用戶: 化學(xué)企業(yè)ChemicalCompanies

藥劑化學(xué)PharmaceuticalCompanies

石油化工PetrochemicalIndustry

高分子材料PolymerIndustry

大學(xué)Universities

醫(yī)院Hospitals2023/4/204Bruker核磁共振詳細(xì)資料第4頁核磁共振:介紹核磁共振研究材料稱為樣品.樣品能夠處于液態(tài),固態(tài).眾所周知,宏觀物質(zhì)是由大量微觀原子或由大量原子組成分子組成,原子又是由質(zhì)子與中子組成原子核及核外電子組成.核磁共振研究對象是原子核.一滴水大約由1022分子組成.HCHHmmm(10-6m)nm(10-9m)A(10-10m)2023/4/205Bruker核磁共振詳細(xì)資料第5頁核磁共振:介紹含有非零自旋量子數(shù)原子核含有自旋角動量,因而也就含有磁矩,比如象1H,31P,13C,15N

等原子核.磁矩是一矢量.假如含有這類核物質(zhì)置放于磁場中,原來無規(guī)則磁矩矢量會重新排列而平行于外加磁場.與外磁場同向和反向磁矢量符合Boltzmann分布.在數(shù)量上同向與反向差異很小,但正是這一微小差異造就了核磁共振光譜學(xué).B0M單位體積內(nèi)原子核磁矩矢量和定義為宏觀磁化強(qiáng)度矢量M

(macroscopicmagnetization.其方向與外磁場方向相同2023/4/206Bruker核磁共振詳細(xì)資料第6頁在磁場中,原來簡并能級分裂成不一樣能級狀態(tài).假如用適當(dāng)頻率電磁輻射照射就可觀察到核自旋能級躍遷.原子核能級改變不但取決于外部磁場強(qiáng)度大小及不一樣種類原子核,而且取決于原子核外部電子環(huán)境.這么我們就可取得原子核外電子環(huán)境信息.宏觀上講,當(dāng)用適當(dāng)頻率電磁輻射(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.經(jīng)過接收器,傅立葉轉(zhuǎn)換就得到核磁共振譜圖.核磁共振:介紹B0MB0MRF脈沖接收器ReceiverFTS(t)S(w)2023/4/207Bruker核磁共振詳細(xì)資料第7頁核磁共振:介紹樣品:

非磁性及非導(dǎo)電靈敏度:

樣品需含?1015

原子核

溶液固體Solids600MHz成像NMR2023年4月20日8Bruker核磁共振詳細(xì)資料第8頁核磁共振:介紹Larmor頻率化學(xué)位移自旋-自旋偶合e.g.B0=11.7T, w(1H)=500MHz

w(13C)=125MHz化學(xué)位移~B0

?kHz自旋-自旋偶合?Hz-kHz2023/4/209Bruker核磁共振詳細(xì)資料第9頁核磁共振:介紹Information:Larmor頻率 原子核化學(xué)位移: 結(jié)構(gòu)測定(功效團(tuán))J-偶合:

結(jié)構(gòu)測定(原子相關(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)

1H13CCH3>C=CH-HHCCCHHHHDJHHHCJCHC>C=C<CH32023/4/2010Bruker核磁共振詳細(xì)資料第10頁核磁共振:介紹分辨率可經(jīng)過提升外磁場強(qiáng)度和增加譜圖維數(shù)而提升.nDNMR(n=2,3,4)1D譜2D(輪廓圖)2023/4/2011Bruker核磁共振詳細(xì)資料第11頁NMR譜儀FMAudio反饋600譜儀2023/4/2012Bruker核磁共振詳細(xì)資料第12頁NMR譜儀600MHz磁體探頭機(jī)柜RF產(chǎn)生RF放大信號檢測數(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算機(jī)數(shù)據(jù)儲存;數(shù)據(jù)處理;總體控制.2023/4/2013Bruker核磁共振詳細(xì)資料第13頁NMR譜儀:機(jī)柜AQX(Digital)CCUTCUFCURCUVTunitBSMSshimlockCCUAQRASURouterACBADCRX22AmplifierAmplifierPTS2023/4/2014Bruker核磁共振詳細(xì)資料第14頁NMR譜儀:探頭RF接口RF線圈+調(diào)諧元件(電容器)HelmholtzSolenoid2023/4/2015Bruker核磁共振詳細(xì)資料第15頁RF-CoilinNMRProbes2023/4/2016Bruker核磁共振詳細(xì)資料第16頁NMR譜儀:術(shù)語和簡寫AVANCE系統(tǒng):FCU: 頻率控制單元FrequencyControlUnitASU: 頻輻設(shè)置單元AmplitudeSettingUnitTCU: 時間控制單元TimingControlUnitCCU: 協(xié)調(diào)控制單元CommunicationControlUnitRCU: 接收控制單元ReceiverControlUnitBSMS: 布魯可智能磁體控制系統(tǒng)BrukerSmartMagnetSystemLOT: 發(fā)射/調(diào)諧開關(guān)LocalOscillatorandTuneBoardACB: 功放控制板AmplifierControlBoardRX22: 接收器ReceiverADC: 數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器AnalogtoDigitalConverterHPPR: 前置放大器Pre-amplifierLCB: 鎖場控制板LockControlBoardPTS: 頻率合成器brandofsynthesizerusedXwinNMR: 運(yùn)行軟件OperatingSoftwareLINUX/WINDOWS: 計算機(jī)操作系統(tǒng)SGIOperatingSoftwarePulseProgram: 脈沖程序OperatorInstructionsforexperiment2023/4/2017Bruker核磁共振詳細(xì)資料第17頁NMR譜儀:術(shù)語和簡寫AV系統(tǒng):FCU: 頻率控制單元FrequencyControlUnitSGU: 信號產(chǎn)生單元AmplitudeSettingUnitTCU: 時間控制單元TimingControlUnitCCU: 協(xié)調(diào)控制單元CommunicationControlUnitRCU: 接收控制單元ReceiverControlUnitBSMS: 布魯可智能磁體控制系統(tǒng)BrukerSmartMagnetSystemACB: 功放控制板AmplifierControlBoardRX22: 接收器ReceiverADC: 數(shù)字/摸擬轉(zhuǎn)換器AnalogtoDigitalConverterHPPR: 前置放大器Pre-amplifierLCB: 鎖場控制板LockControlBoardXwinNMR: 運(yùn)行軟件OperatingSoftwareLINUX/WINDOWS: 計算機(jī)操作系統(tǒng)SGIOperatingSoftwarePulseProgram: 脈沖程序OperatorInstructionsforexperiment2023/4/2018Bruker核磁共振詳細(xì)資料第18頁2.NMR檢測A:磁化強(qiáng)度矢量,Larmor頻率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,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)時間(T1,T2)E:傅立葉轉(zhuǎn)換,正交檢測,頻率掃描寬度,折反峰folding

B0MB0MRFpulseReceiverFTS(t)S(w)AECBD2023/4/2019Bruker核磁共振詳細(xì)資料第19頁B0yxz2.a:宏觀磁化強(qiáng)度矢量600MHzB0yxzM 含有非零自旋量子數(shù)原子核含有自旋角動量,因而也就含有磁矩.在磁場 中,原來無規(guī)則磁矩矢量會重新排列而平行于外加磁場.與外磁場同向和反向磁矩矢量符合Boltzmann分布.磁矩矢量沿磁場方向進(jìn)動使XY平面上投影相互抵消.因?yàn)檠卮艌龇较蚰芰枯^低,故原子分布較多一些而造成一個沿Z-軸非零合磁矩矢量.即使在理論上經(jīng)常討論單一原子情形,但在實(shí)際上,單一原子核磁信號非常小而無法觀察.故此我們定義單位體積內(nèi)原子核磁矩矢量和為宏觀磁化強(qiáng)度矢量其方向與外磁場方向相同.以此矢量來描述宏觀樣品核磁特征.2023/4/2020Bruker核磁共振詳細(xì)資料第20頁2.a:Larmor頻率核磁矩沿外磁場方向進(jìn)動頻率稱為Larmor頻率w或共振頻率.此頻率大小取決于原子核種類及外磁場大小.g

是磁旋比.它是原子核本身屬性并只能經(jīng)過試驗(yàn)獲取.在案BRUKER儀器上,原子核頻率是經(jīng)過參數(shù)BFn(MHz)設(shè)置.如BF1代表第一通道.更精細(xì)頻率調(diào)整可用參數(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+O12023/4/2021Bruker核磁共振詳細(xì)資料第21頁2.b:RF脈沖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)觀察信號時,RF脈沖是處于關(guān)閉狀態(tài).NMR信號是在微伏(microvolts)而RF脈沖是在千伏kilovolts.2023/4/2022Bruker核磁共振詳細(xì)資料第22頁2.b.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系為了更加好描述與簡化所研究體系而引進(jìn)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng).旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng)中Z-軸與傳統(tǒng)三維坐標(biāo)系Z-軸一致,而其X-與Y-軸卻以與核磁共振頻率相同(Larmor頻率)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.MrfMrfxzyx’y’zxzyy’‘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2023/4/2023Bruker核磁共振詳細(xì)資料第23頁實(shí)際應(yīng)用上例子.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).一樣,核磁信號也以大致相當(dāng)頻率饒Z旋轉(zhuǎn).然而此高頻信號(數(shù)百兆赫)是不可能被數(shù)字化,即使使用高分辨ADC.實(shí)際應(yīng)用上,就將檢測到信號與一參考頻率想混合而得到其差頻.此差頻落在100KHz范圍內(nèi)(聲頻)并很輕易被數(shù)字化.混合檢測信號(10-800MHz)參考頻率(10-800MHz)自由衰減信號(FID)(audio:0-100kHz)接收器(RX22)數(shù)字化器(HADC)計算機(jī)儲存2.b.旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系2023/4/2024Bruker核磁共振詳細(xì)資料第24頁經(jīng)過RF脈沖照射,磁化矢量將以RF脈沖照射方向?yàn)檩S在垂直于RF脈沖照射方向平面內(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,則磁化矢量轉(zhuǎn)動就不會停頓.-磁化矢量轉(zhuǎn)動速度取決于脈沖強(qiáng)度.-脈沖長度將決定磁化矢量停頓位置.Mrfxyz45o90o180o270o360o2.b:RF脈沖2023/4/2025Bruker核磁共振詳細(xì)資料第25頁90o

或p/2脈沖將給出最大信號.所以也就成為準(zhǔn)確測定此參數(shù)原因之一.在特定功率強(qiáng)度下,經(jīng)過采集一系列不一樣脈沖長度譜圖以確定最大值或零強(qiáng)度點(diǎn).此點(diǎn)就給出90o或180o脈沖.在BRUKER儀器,RF脈沖普通以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.MrfxyzPulselength901802703602.b:RF脈沖2023/4/2026Bruker核磁共振詳細(xì)資料第26頁2.b:RF產(chǎn)生頻率合成器Sythesizer頻率控制單元FCU時間控制單元TCU頻輻設(shè)置單元ASU功放Amplifier(BLAH,BLAX)到探頭電腦指令2023/4/2027Bruker核磁共振詳細(xì)資料第27頁2.c:信號接收MB0接收/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).因?yàn)榇宿D(zhuǎn)動切割了接收器線圈,并在接收器線圈中產(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.X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.Vt2023/4/2028Bruker核磁共振詳細(xì)資料第28頁2.c:前置放大器(Preamp)去接收器信號從功放來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NMR信號(從微伏到毫伏)2.分離高能RF脈沖與低能NMR信號.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)入敏感低壓信號接收器.2023/4/2029Bruker核磁共振詳細(xì)資料第29頁2.c:接收器(Receiver)檢測方法:含有Larmor頻率NMR信號與激發(fā)脈沖混合,所得差被數(shù)字化.混合檢測信號(10-800MHz)參考頻率(10-800MHz)自由衰減信號(FID)(audio:0-100kHz)接收器(RX22)數(shù)字化器(HADC)計算機(jī)儲存2023/4/2030Bruker核磁共振詳細(xì)資料第30頁2.c:接收器(Receiver)mixing信號(10-800MHz)SFO1+22MHz(32-822MHz)自由衰減信號(FID)(audio:0-100kHz)接收器(RX22)Digitizer(HADC)計算機(jī)儲存RX22檢測過程:含有Larmor頻率NMR信號將被混合兩次.首先將信號與SFO1+22MHz脈沖混合.然后將所得信號再與22MHz混合而得到含有音頻自由衰減信號(FID).使用22MHz頻率是為防止頻率泄露與部件間頻率干擾.混合(I)mixing混合(II)IF22MHz2023/4/2031Bruker核磁共振詳細(xì)資料第31頁2.c:ADCNMR信號通常包含許多共振頻率及振輻.為能更加好描述NMR信號,我們普通使用16或18bitADC.增益值(RG)應(yīng)被調(diào)整到一適當(dāng)值.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)2023/4/2032Bruker核磁共振詳細(xì)資料第32頁NMR信號被稱為自由衰減信號(FreeInductionDecay或FID).此信號并不能象COS涵數(shù)一樣保持一樣振輻連續(xù)下去,而是以指數(shù)方式衰減為零.此一現(xiàn)象是由所謂自旋-自旋弛預(yù)造成.(T2relaxation)在BRUKER儀器中,時域信號數(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)值,以免使信號被剪斷(truncation).2.d:自由衰減信號(FreeInductionDecay)TDsetproper*TDtoosmall2023/4/2033Bruker核磁共振詳細(xì)資料第33頁在測量NMR信號同時,因?yàn)閮x器電子元件及樣品本身產(chǎn)生噪音也一樣被接收線圈檢測到.為了得到適當(dāng)信噪比圖譜我們普通能夠增加掃描次數(shù)以到達(dá)要求信噪比(S/N),信號平均是指經(jīng)過增加掃描次數(shù)來壓制噪音而增加信號強(qiáng)度方法.N次額外掃描回給出倍增強(qiáng)信號強(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,一定要考慮T1弛豫影響,也就是說要考慮參數(shù)D1設(shè)置2.d:信號平均(SignalAveraging)noiselevelsignal2023/4/2034Bruker核磁共振詳細(xì)資料第34頁FID譜圖NSS/N14162561(ref)2x4x16x2.d:信號平均(SignalAveraging)2023/4/2035Bruker核磁共振詳細(xì)資料第35頁2.d:弛豫效應(yīng)(Relaxation)NMR信號是一個以常數(shù)為T2指數(shù)方式衰減涵數(shù).T2就是橫向弛豫過程時間常數(shù).另外,在XY平面磁化矢量需要一定時間回到Z-軸上.這一過程需要時間就叫縱向弛豫時間.其時間常數(shù)是T1.T1

和T2

與原子核種類,樣品特征及狀態(tài),溫度以及外加磁場大小相關(guān).信號平均方法成功關(guān)鍵就是要正確設(shè)定參數(shù)D1.D1必須是五倍T1以確保在下次掃描時磁化矢量完全回到Z-軸.有時為節(jié)約時間,使用小角度脈沖,重復(fù)掃描以到達(dá)增強(qiáng)信號目標(biāo).T1=30s,4scansa.D1=150s;90opulse;600s;b.D1=15s;90opulse;60s;c.D1=15s;30opulse;60s.abc2023/4/2036Bruker核磁共振詳細(xì)資料第36頁2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)在核磁共振試驗(yàn)中,因?yàn)樵雍怂庪娮迎h(huán)境不一樣,而含有不一樣共振頻率.實(shí)際上,NMR信號包含許多共振頻率復(fù)合信號.分析研究這么一個符合信號顯然是很困難.傅立葉轉(zhuǎn)換(FT)提供了一個更為簡單分析研究方法.就是將時域信號經(jīng)過傅立葉轉(zhuǎn)換成頻域信號.在頻域信號圖譜中,峰高包含原子核數(shù)目標(biāo)信息,而位置則揭示原子核周圍電子環(huán)境信息.timefrequencyFT2023/4/2037Bruker核磁共振詳細(xì)資料第37頁2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)因?yàn)镹MR檢測器不能檢測出順時針或反時針方向核磁信號,傅立葉轉(zhuǎn)換后,將給出+w

和–w兩個峰.xVtxVtFT0-ww2023/4/2038Bruker核磁共振詳細(xì)資料第38頁NMRSignalReference(SFO1)90o0oADCABRealImaginary數(shù)學(xué)處理為了區(qū)分順時針與反時針旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生峰.正交檢測方法被用來處理這一問題.經(jīng)過使用含有900相位差兩個基本點(diǎn)檢測器,正負(fù)頻率就很輕易區(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.將檢測到信號分成兩部分并分別送到含有償使用900相位差兩個通道中.2.e:正交檢測(QuadratureDetection)2023/4/2039Bruker核磁共振詳細(xì)資料第39頁ChannelAChannelBFTFTChannelA+B2.e:正交檢測(QuadratureDetection)2023/4/2040Bruker核磁共振詳細(xì)資料第40頁2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換對cosineExponential (slow)Exponential (fast)blockpulsetimefrequencyFTtimefrequencyFTnoise2023/4/2041Bruker核磁共振詳細(xì)資料第41頁2.e:填零(ZeroFilling)在數(shù)據(jù)采集時,最好只采集數(shù)據(jù)直到信號衰減為零,但因?yàn)閿?shù)據(jù)點(diǎn)較少而影響譜峰分辨率.增加采集時間因?yàn)樾盘栆褯],所采集到只是噪音.在FID尾部經(jīng)過填零方法能夠很好處理這個文題.TD=SI=128TD=128;SI=1024TDTDSI2023/4/2042Bruker核磁共振詳細(xì)資料第42頁2.e:線寬因子(LineBroadening)Lb=0Lb=5Lb=10NMR信號普通都集中在FID前部,后部含有大部分為噪音.將FID乘一權(quán)重指數(shù)函數(shù)就能迫使尾部FID為零.其程度由參數(shù)LB控制.當(dāng)然還有其它權(quán)重涵數(shù)能夠利用.使用這些涵數(shù)雖可提升信噪比卻一犧牲分辨率為代價.在BRUKER儀器中,這些涵數(shù)統(tǒng)稱為窗口涵數(shù).2023/4/2043Bruker核磁共振詳細(xì)資料第43頁一個有問題圖譜能夠經(jīng)過檢驗(yàn)FID來診療.時域上兩個涵書乘積經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)化后,其頻域涵數(shù)將含有前兩時域涵數(shù)單獨(dú)轉(zhuǎn)化成頻域涵數(shù)全部特征(convolutiontheory).比如一個被剪切FID能夠被看成是FID乘以一常數(shù)涵.傅立葉轉(zhuǎn)化后所得涵數(shù)含有FID及常數(shù)涵數(shù)共同特征.=xFT2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換2023/4/2044Bruker核磁共振詳細(xì)資料第44頁正確圖譜SpikeArcingBadlineshape(shimming)2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)2023/4/2045Bruker核磁共振詳細(xì)資料第45頁采樣快慢決定了觀察譜圖頻率范圍而由所謂駐留時間參數(shù)(DW)確定.二者間關(guān)系由下試確定.sw=1000Hzsw=500Hzdw=0.5msdw=1ms2.e:傅立葉轉(zhuǎn)換(FourierTransformation)2023/4/2046Bruker核磁共振詳細(xì)資料第46頁2.e:峰折返(Folding)當(dāng)NMR信號數(shù)字化時速度太慢時會造成對FID信號頻率錯誤表示.數(shù)學(xué)上為能正確確定一經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)周期涵數(shù)頻率,在某一周期內(nèi)必須有兩個已知點(diǎn).所以對FID信號數(shù)字化采樣時,也必須在某一周期內(nèi)采集到最少兩個點(diǎn)(NyquistTheorem).

假如不這么就會產(chǎn)生峰折返.不產(chǎn)生峰折返所能到達(dá)最大頻率叫NyquistFrequency.真實(shí)峰出現(xiàn)峰2023/4/2047Bruker核磁共振詳細(xì)資料第47頁2.e:頻域譜圖寬度(SpectralWindow)在BRUKER儀器中,頻域譜圖中央點(diǎn)是由參數(shù)SFo1(=SF+o1)確定.其中,SF是所觀察原子核Larmor頻率;o1是偏置頻率能夠用來改變頻域譜圖中央點(diǎn).o1o1o12023/4/2048Bruker核磁共振詳細(xì)資料第48頁在實(shí)際測試未知樣品時,能夠使用較大SW值采樣.然后調(diào)整O1采樣.最終再調(diào)整SW.1.較大sw2.調(diào)整o13.調(diào)整swo1newo1swswnewsw2.e:頻域譜圖寬度(SpectralWindow)2023/4/2049Bruker核磁共振詳細(xì)資料第49頁2.e:相位調(diào)整(Phasing)通常所采集到譜圖含有吸收(absorption)與擴(kuò)散(dispersion)組份.

經(jīng)過相位調(diào)整能夠到純粹吸收峰.ReImReImInphaseOutofphase2023/4/2050Bruker核磁共振詳細(xì)資料第50頁在BRUKER儀器中,相位調(diào)整首先對最大峰進(jìn)行零級相位調(diào)整PH0,然后以一級相位調(diào)整PH1來調(diào)整其它峰.1.

FTphase2.Adjustph0onbiggestpeak3.Adjustotherpeakswithph12.e:相位調(diào)整(Phasing)2023/4/2051Bruker核磁共振詳細(xì)資料第51頁3.NMR:原子核間相互作用分子中原子并不是孤立存在,它不但在相互間發(fā)生作用也同周圍環(huán)境發(fā)生作用,從而造成相同原子核卻有不一樣核磁共振頻率.Larmor頻率化學(xué)位移自旋-自旋偶合e.g.B0=11.7T, w(1H)=500MHz

w(13C)=125MHz化學(xué)位移~B0

?kHz自旋-自旋偶合?Hz-kHz2023/4/2052Bruker核磁共振詳細(xì)資料第52頁3.NMR:化學(xué)位移(ChemicalShift)在磁場中,因?yàn)樵雍送怆娮舆\(yùn)動而產(chǎn)生一個小磁場Be(localfield).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)際感受到磁場: B=(1-s)B0s化學(xué)位移常數(shù)2023/4/2053Bruker核磁共振詳細(xì)資料第53頁3.NMR:PPM單位因?yàn)榛瘜W(xué)位移是與外加磁場成正比,所以在不一樣磁場下所花絮位移數(shù)值也不一樣.也會引發(fā)許多麻煩.引入ppm并使用同意參考樣品,就是光譜獨(dú)立于外加磁場.0Hz15003000450060000ppm48120Hz15003000450060000ppm4812參考樣品峰300MHz500MHz300MHz500MHz1ppm=300Hz1ppm=500Hz2023/4/2054Bruker核磁共振詳細(xì)資料第54頁0ppm428610HC=OHC=CH2CH3即使使用不一樣儀器或在不一樣場強(qiáng)下,相同官能團(tuán)含有相同ppm值.不一樣官能團(tuán)因?yàn)榇嬖谟诓灰粯与娮迎h(huán)境因而含有不一樣化學(xué)位移,從而使結(jié)構(gòu)堅定成為可能..3.NMR:化學(xué)位移(ChemicalShift)2023/4/2055Bruker核磁共振詳細(xì)資料第55頁3.NMR:自旋-自旋偶合(ScalarCoupling)相鄰原子核能夠經(jīng)過中間媒介(電子云)而發(fā)生作用.此中間媒介就是所謂化學(xué)鍵.這一作用就叫自旋-自旋偶合作用(J-偶合).特點(diǎn)是經(jīng)過化學(xué)鍵間接作用.CHCHHC異核J-coupling同核J-couplingJCHJHH2023/4/2056Bruker核磁共振詳細(xì)資料第56頁自旋-自旋偶合引發(fā)共振線分裂而形成多重峰.多重峰實(shí)際代表了相互作用原子核彼此間能夠出現(xiàn)空間取向組合.CHJCHCHJCH原始頻率ww-J/2w+J/2JCH3.NMR:自旋-自旋偶合(ScalarCoupling)2023/4/2057Bruker核磁共振詳細(xì)資料第57頁3.NMR:同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)多重峰出現(xiàn)規(guī)則:1.

某一原子核與N個相鄰核相互偶合將給出(n+1)重峰.2.等價組合含有相同共振頻率.其強(qiáng)度與等價組合數(shù)相關(guān).3.磁等價核之間偶合作用不出現(xiàn)在譜圖中.4.偶合含有相加性.比如:HaHbCCwawbJABHBHBHAHAJAB2023/4/2058Bruker核磁共振詳細(xì)資料第58頁HaHbCCHcAB,CBCAAB,C是化學(xué)等價核JAB=JAC3.NMR:同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)2023/4/2059Bruker核磁共振詳細(xì)資料第59頁HaHbCCHcB,C是化學(xué)不等價核JAC=10HzJAC=4HzJBC=7HzABCwAJACJAC3.NMR:同核J-偶合(HomonuclearJ-Coupling)2023/4/2060Bruker核磁共振詳細(xì)資料第60頁3.NMR:異核J-偶合(HeteronuclearJ-Coupling)*CH*CH2*CH3CH1H2H3CH1H2CH1*CC2023/4/2061Bruker核磁共振詳細(xì)資料第61頁因?yàn)橐恍┖俗匀回S度并非如此100%.顧此譜圖中可能出現(xiàn)偶合分裂峰和無偶合峰.氯仿中氫譜是一個經(jīng)典例子.x100H-13CH-13C105HzH-12C3.NMR:異核J-偶合(HeteronuclearJ-Coupling)2023/4/2062Bruker核磁共振詳細(xì)資料第62頁4.NMR:分辨率與穩(wěn)定性(ResolutionandStability)為能區(qū)分微小化學(xué)位移和偶合常數(shù),高分辨率儀器(0.1Hz)是必須.它不但要求外磁場必須含有相當(dāng)穩(wěn)定性,同時要求處于同位置但相同核給出相同共振頻率也就是說線寬要非常得心應(yīng)手小.穩(wěn)定性是經(jīng)過穩(wěn)定磁體及鎖場系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn),而小線寬則經(jīng)過能提供均勻場強(qiáng)磁體及勻場來完成.2023/4/2063Bruker核磁共振詳細(xì)資料第63頁4.NMR:鎖場(Lock)試驗(yàn)對磁場穩(wěn)定性要求能夠經(jīng)過鎖場實(shí)現(xiàn).經(jīng)過不間斷測量一參考信號(氘信號)并與標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較.假如出現(xiàn)偏差,則此差值被反饋到磁體并經(jīng)過增加或降低輔助線圈(Z0)電流來進(jìn)行矯正.2DLockTXLockRXLockfreq.DZ0-coil2023/4/2064Bruker核磁共振詳細(xì)資料第64頁4.NMR:勻場(Shimming)在樣品中,磁場強(qiáng)度應(yīng)該是均勻且單一,以使相同核不論處于樣品何種位置都應(yīng)給出相同共振峰.為達(dá)此目標(biāo),一系列所謂勻場線圈按繞制所提供涵數(shù)方式給出賠償以消除磁場不均勻性,從而得到窄線形.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矯正.2023/4/2065Bruker核磁共振詳細(xì)資料第65頁4.NMR:勻場(Shimming)勻場線圈分為兩組:改變Z-軸方向場強(qiáng)稱為縱向勻場(axial,on-axisorz-shims);改變垂直與Z-軸方向場強(qiáng)稱為橫向勻場(transverseoroff-axisshims).2023/4/2066Bruker核磁共振詳細(xì)資料第66頁4.NMR:勻場效果(EffectofZ-Shims)±Z+Z2-Z2+Z4-Z4±Z3±Z52023/4/2067Bruker核磁共振詳細(xì)資料第67頁4.NMR:勻場(Shimming)x,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勻場需要豐富經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ).經(jīng)過觀察鎖場信號高低,樣品信號線形及FID.2023/4/2068Bruker核磁共振詳細(xì)資料第68頁4.NMR:勻場(Shimming)當(dāng)首次安裝儀器或探頭時,旋轉(zhuǎn)與非旋轉(zhuǎn)樣品線形是一個標(biāo)準(zhǔn)參考數(shù)據(jù).氫譜線形數(shù)據(jù)是經(jīng)過測量氘代丙酮中3%氯仿而得.數(shù)據(jù)

0.3/7/14表明Hzat50%;半峰寬7Hzat0.55%;碳衛(wèi)星峰高度峰寬14Hzat0.11%1/5碳衛(wèi)星峰高度峰寬13Csatellites215Hz2023/4/2069Bruker核磁共振詳細(xì)資料第69頁4.NMR:Shimming樣品旋轉(zhuǎn)在50,0.55and0.11%處確定峰寬數(shù)值50%0.11%0.55%旋轉(zhuǎn)邊帶2023/4/2070Bruker核磁共振詳細(xì)資料第70頁4.NMR:勻場(Shimming)50%0.11%0.55%樣品不旋轉(zhuǎn)在50,0.55and0.11%處確定峰寬數(shù)值2023/4/2071Bruker核磁共振詳細(xì)資料第71頁5.NMR:RF脈沖B0M在傳統(tǒng)坐標(biāo)系中,因?yàn)橥饧哟艌鰧υ雍俗饔茫呕噶恳訪armor頻率繞外加磁場進(jìn)動.假如旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)頻率與原子核共振頻率相同，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中則沒有磁場而磁化矢量也就會靜止不動．但假如旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)頻率與原子核共振頻率有差異，則磁場就會出現(xiàn)而磁化矢量會圍繞此小磁場運(yùn)動．此小磁場叫偏置場．DwMM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2023/4/2072Bruker核磁共振詳細(xì)資料第72頁5.NMR:RF脈沖zw1=

weffxzw1Dwxweffzw1=

weffxM在共振RF脈沖共振偏置ＲＦ脈沖假如RF脈沖施加在原子核共振頻率，則磁化矢量就繞施加ＲＦ場轉(zhuǎn)動.假如RF脈沖未施加在原子核共振頻率則磁化矢量就繞施加ＲＦ場與磁場合場方向轉(zhuǎn)動.Mzweffxweff2023/4/2073Bruker核磁共振詳細(xì)資料第73頁5.NMR:共振與偏置共振（Onandoffresonance）在共振靠近共振偏置共振經(jīng)過改變Ｏ１以達(dá)到共振頻率2023/4/2074Bruker核磁共振詳細(xì)資料第74頁因?yàn)楹舜殴舱駱悠方?jīng)常包含多出一個峰，ＲＦ脈沖不可能對全部共振進(jìn)行在共振激發(fā)．但若以高功率脈沖（使有效場盡可能貼近ＸＹ平面）仍可到達(dá)近似效果．實(shí)際應(yīng)用上使用短而強(qiáng)脈沖．zw1Dwxweffzw1=

weffxzw1DwxweffRF(O1)5.NMR:RF脈沖2023/4/2075Bruker核磁共振詳細(xì)資料第75頁p/2=6ms00400006000080000Dw(Hz)00400006000080000Dw(Hz)p/2=18msp=36ms磁化矢量與偏置共振關(guān)系5.NMR:RF脈沖2023/4/2076Bruker核磁共振詳細(xì)資料第76頁計算脈沖強(qiáng)度:

若p/2脈沖10ms

則2p

脈沖40ms

那么w1＝1/40ms=25kHz若p/2脈沖太長，能夠增加功率是其變短．不要超出探頭所能負(fù)擔(dān)功率不然會損壞探頭?。?！RF功率放大器輸出功率是用dB.dB數(shù)值表示與最大輸出功率相比實(shí)際輸出功率衰減程度．由上式可看出每6dB衰減將使輸出伏特值減半而使９００脈沖長度加倍．在ＢＲＵＫＥＲ儀器中，脈沖強(qiáng)度由Ｐl(wèi)n設(shè)定．１２０dB表示小強(qiáng)度，０表示大強(qiáng)度．Attenuation(dB)=-20log(V/Vmax)5.NMR:RF脈沖2023/4/2077Bruker核磁共振詳細(xì)資料第77頁5.NMR:９００脈沖測定（Paropt）Paropt是一ＡＵ程序．它可改變某一參數(shù)（Ｐ１，Ｄ１，Ｏ１等）并將一系列處理譜圖列出．譜圖儲存在處理數(shù)控９９９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).然后在特定脈沖強(qiáng)度改變Ｐ１值．最大峰為何９００，第一個零點(diǎn)為１８００．dp12023/4/2078Bruker核磁共振詳細(xì)資料第78頁經(jīng)過限定激發(fā)寬度，我們就可選擇激發(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AdiabaticPulsesShapedDante5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/4/2079Bruker核磁共振詳細(xì)資料第79頁經(jīng)過對ＲＦ脈沖時域涵數(shù)傅立葉轉(zhuǎn)換，此脈沖激發(fā)圖象可在頻域譜中直觀表現(xiàn)出來．frequencyFT頻率時間5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/4/2080Bruker核磁共振詳細(xì)資料第805000-1000-1500Hz激發(fā)脈沖時域與頻域關(guān)系，可使制作整形脈沖和選擇激發(fā)區(qū)域變得輕易．RFshapeExcitedregionFT5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/4/2081Bruker核磁共振詳細(xì)資料第81頁RectangleSincSinc(3)GaussHalfGaussDantePulseExcitationFTPulseExcitationFT5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/4/2082Bruker核磁共振詳細(xì)資料第82頁選擇脈沖長度決定激發(fā)區(qū)域．Gauss:4ms‘hard’p/2pulseGauss:2msGauss:1ms5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/4/2083Bruker核磁共振詳細(xì)資料第83頁Eburp,20ms經(jīng)過改變選擇脈沖頻率能夠改變選擇激發(fā)位置

spoffs1etc.5.NMR:選擇性脈沖（SelectiveRFPulses）2023/4/2084Bruker核磁共振詳細(xì)資料第84頁.5.NMR:整形脈沖一些特征2023/4/2085Bruker核磁共振詳細(xì)資料第85頁6.NMR:Decoupling原子核間偶合造成譜圖復(fù)雜化．CHJCHCHJCHoriginalfrequencyww+J/2w-J/2JCH2023/4/2086Bruker核磁共振詳細(xì)資料第86頁6.NMR:去偶(Decoupling)假如峰數(shù)不多，偶合方式仍可分析出．但當(dāng)很多鋒出現(xiàn)時，偶合方式分析就不是那么輕易．*CH3-CH2-未去偶?xì)淙ヅ?023/4/2087Bruker核磁共振詳細(xì)資料第87頁氫對碳偶合作用能夠經(jīng)過對氫施加一個脈沖消除.此一技術(shù)稱為去偶.對氫核飽和照射,促使氫核自旋狀態(tài)快速變換,臨近碳核無法感覺到氫核自旋狀態(tài)取向而只感受到氫核兩種取想平均效果.詳細(xì)說,對氫核飽和照射使碳核原來兩條共振線w-J/2和w+J/2合并平均而得到[(w-J/2)+(w+J/2)]/2=w.CHJCHCHJCHp-pulseonH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/26.NMR:去偶(Decoupling)2023/4/2088Bruker核磁共振詳細(xì)資料第88頁氫去偶除簡化碳譜還因?yàn)橛泻薕verhauser效應(yīng)而增加信噪比.decoupledcoupledC-HC-H2*CH3-CH2-6.NMR:去偶(Decoupling)2023/4/2089Bruker核磁共振詳細(xì)資料第89頁實(shí)際應(yīng)用中,一個連續(xù)脈沖照射在氫共振頻率而不是使用一系列1800脈沖.次法稱為寬帶去偶.去偶試驗(yàn)應(yīng)注意以下兩點(diǎn):1.氫脈沖應(yīng)施加在氫共振頻率上.2脈沖強(qiáng)度要足夠強(qiáng)但又要比探頭承受強(qiáng)度低.6.NMR:去偶(Decoupling)2023/4/2090Bruker核磁共振詳細(xì)資料第90頁6.NMR:去偶與脈沖強(qiáng)度關(guān)系01.55去偶與脈沖強(qiáng)度關(guān)系2023/4/2091Bruker核磁共振詳細(xì)資料第91頁6.NMR:去偶,脈沖強(qiáng)度及偏值頻率關(guān)系ProtonresonanceoffsetProtonRFpower2023/4/2092Bruker核磁共振詳細(xì)資料第92頁6.NMR:組合脈沖去偶(CompositePulseDecoupling)在工作上去偶試驗(yàn)很易成功,但偏置共振中,去偶效率隨偏置頻率增加很快降低.雖可增加脈沖強(qiáng)度,但探頭對大功率承受程度又阻止無限增加脈沖強(qiáng)度.好處理方法就是將去偶強(qiáng)度均勻開以增加去偶寬度.一系列組合脈沖適合用于此一目標(biāo).Waltz,Garp,Dipsi,Mlevetc.稱為組合脈沖去偶序列或CPD.使用這些脈沖序列要設(shè)置兩個基本點(diǎn)參數(shù)900脈沖長度及強(qiáng)度.2023/4/2093Bruker核磁共振詳細(xì)資料第93頁7.NMR:水峰壓制(WaterSuppression)核磁共振試驗(yàn)樣品有許多是溶在水中,而水共振信號又是實(shí)際樣品數(shù)千甚至數(shù)萬倍.ADC資源基本上被用來描述水峰而極少一部分用來描述實(shí)際樣品以致樣品信號被淹沒在噪音.x64問題:-動態(tài)范圍;-實(shí)際樣品信號低S/N;-實(shí)際樣品信號淹沒在基線噪音中;-靠近水峰信號”騎”在水峰上.處理方法:在采樣前壓制水峰.一經(jīng)慣用到方法是預(yù)飽和.2023/4/2094Bruker核磁共振詳細(xì)資料第94頁7.NMR:預(yù)飽和(Presaturation)使用一長約定1-2s而低脈沖選擇使水峰達(dá)飽和狀態(tài),然后用一硬900脈沖激發(fā)樣品.其結(jié)果是使接收器增益參數(shù)增加而提升動態(tài)范圍及S/N.zgrg=1zgprrg=64壓水峰試驗(yàn):1.脈沖序列zgpr;2.預(yù)飽和時間為1.5s;3.O1移到水峰位置.4.逐步增加脈沖強(qiáng)度;5.優(yōu)化勻場條件,并準(zhǔn)確調(diào)整O1位置.2023/4/2095Bruker核磁共振詳細(xì)資料第95頁8.Two-DimensionalNMR假如使用兩個基本點(diǎn)脈沖采集一系列譜圖,同時依此增加兩脈沖時間間隔t1.第一個脈沖將磁化矢量轉(zhuǎn)到XY平面上,此磁化矢量將圍繞Z-軸旋轉(zhuǎn).因?yàn)樵诓灰粯訒r間內(nèi)磁化矢量轉(zhuǎn)到不一樣位置,造成第二個脈沖過后采集到FID含有不一樣相位和振幅.于是能夠說這一系列FID相位和振幅被t1所調(diào)制.增加t1t1t22023/4/2096Bruker核磁共振詳細(xì)資料第96頁8.2DNMRFID相位及振幅被t1調(diào)制也就等于譜圖相位及振幅被t1調(diào)制.從傅立葉轉(zhuǎn)換中很輕易看到這一點(diǎn).FT(t2)t2t1t1f22023/4/2097Bruker核磁共振詳細(xì)資料第97頁8.2DNMR對t1進(jìn)行第二次傅立葉轉(zhuǎn)換就能夠確定調(diào)制頻率.就是將全部譜圖第一個點(diǎn)進(jìn)行傅立葉轉(zhuǎn)換,然后第二個點(diǎn)一直到全部點(diǎn).所得譜圖就是一個單位均為頻率兩維譜圖.FT(t1)f2f2f1t12023/4/2098Bruker核磁共振詳細(xì)資料第98頁8.2DNMR2DNMR譜圖常以輪廓圖表示而不用三維方式.相同情況一樣使用在地圖上1020304050602040600.511.521020304050601020304050602023/4/2099Bruker核磁共振詳細(xì)資料第99頁8.2DNMR兩維譜圖可簡化圖譜增加分辨率同時也可得到原子間相關(guān)關(guān)系.2023/4/20100Bruker核磁共振詳細(xì)資料第100頁8.2DNMR:Cosy2DCosy

譜中,交叉峰f1=a,f2=b表明a與b有自旋-自旋偶合作用.投影圖將給出普通氫譜543210012345C交叉峰s對角線峰2023/4/20101Bruker核磁共振詳細(xì)資料第101頁8.2DNMR:Cosy500MHzN-typeCOSYspectrumofStrychnine,.RFp/2FIDp/2t1Cosy

經(jīng)慣用于氫二維譜.在此基礎(chǔ)上演化出Tocsy,andDQF-Cosy.2023/4/20102Bruker核磁共振詳細(xì)資料第102頁8.2DNMR:NoesyNoesy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空間結(jié)構(gòu).HaHb012345543210fafbfcHc2023/4/20103Bruker核磁共振詳細(xì)資料第103頁8.2DNMR:NoesyNoesy

經(jīng)常被用來確定一些生物大分子象蛋白質(zhì),核酸,DNA,RNA等.水中g(shù)ramicidine

400MHzNoesy譜.2023/4/20104Bruker核磁共振詳細(xì)資料第104頁8.2DNMR:異核相關(guān)譜(HeteronuclearCorrelation)1008060402002543101H13CC-H異核相關(guān)譜給出碳?xì)渑己详P(guān)系.2023/4/20105Bruker核磁共振詳細(xì)資料第105頁8.2DNMR:HeteronuclearCorrelation異核相關(guān)譜可經(jīng)過觀察碳(1H-13CHetcor)或觀察氫(HMQC,HSQC).觀察氫試驗(yàn)也稱做反相試驗(yàn).FID1Hp/2p13Cp/2p/2DDt113C-1HHMQCofSucroseinD2O13C1H2023/4/20106Bruker核磁共振詳細(xì)資料第106頁核磁共振光譜中磁場梯度原理PrinciplesofMagneticFieldGradientsinNMRSpectroscopy9.磁場梯度(MagneticFieldGradients)2023/4/20107Bruker核磁共振詳細(xì)資料第107頁梯度場被廣泛應(yīng)用在核磁共振試驗(yàn),其特點(diǎn)是:-消除額外干擾信號而增加動態(tài)范圍.-節(jié)約時間(不在需要相位循環(huán))-降低信號干擾(t1-噪音)-提升譜圖質(zhì)量.9.磁場梯度(MagneticFieldGradients)2023/4/20108Bruker核磁共振詳細(xì)資料第108頁‘Worstcase’scenarioCosyspectrum.t1-噪音峰中央峰(axialpeaks)掃描循環(huán)太快在相同條件下采集梯度場Cosy譜9.磁場梯度(MagneticFieldGradients)2023/4/20109Bruker核磁共振詳細(xì)資料第109頁同性均勻磁場進(jìn)動頻率(Larmor)w

正比與giB0gi

磁旋比.

g1H=4g13C若B0=11.7T那么w1H=500MHz在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系(w)磁化矢量靜止不動zB0uvzxy9.梯度場2023/4/20110Bruker核磁共振詳細(xì)資料第110頁在外磁場施加一個Z方向梯度場.施加梯度場與外磁場疊加,所以,原子核將經(jīng)歷一個不一樣磁場.因而將圍繞新磁場以不一樣頻率進(jìn)動.w(z)=gB0+gzGzzB0uv+++++zGzzxy9.梯度場2023/4/20111Bruker核磁共振詳細(xì)資料第111頁在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)西中,假如梯度場強(qiáng)為20G/cm線圈有效長度是1cm.1Gauss相當(dāng)于4258Hz氫頻率.處于z=+0.5cm原子核就會以0.5*20*4258=42580Hz速度旋轉(zhuǎn),而在z=0原子則靜止不動.zB0uv+++++00.250.5-0.25-0.5

02129042580-21290-42580wz(Hz)zGzzxyz(cm)在外磁場施加一個Z方向梯度場.9.梯度場2023/4/20112Bruker核磁共振詳細(xì)資料第112頁因?yàn)樗幉灰粯悠矫嫖恢迷雍藢⒏惺艿讲灰粯哟艌龆呕噶亢胁灰粯有D(zhuǎn)頻率,從而形螺旋狀,其螺矩取決于梯度場強(qiáng)度.zB0uv+++++zGzzxy9.梯度場2023/4/20113Bruker核磁共振詳細(xì)資料第113頁MRI/NMRimaging疊加在主磁場上梯度場使原子核共振頻率成為空間涵數(shù).在核磁成象(MRI)試驗(yàn)中,磁化矢量是在梯度場打開情況下檢測.所以MRI譜圖給出頻率分布.每一頻率層表明樣品中不一樣位置而其強(qiáng)度表明含有相同頻率原子核數(shù)量.(ReproducedfromErnstetal.PrinciplesOfNuclearMagneticResonanceinOneandTwoDimensions,OxfordUniversityPress)9.梯度場成象2023/4/20114Bruker核磁共振詳細(xì)資料第114頁xyxzimageplaney9.Gradients:Imaging2023/4/20115Bruker核磁共振詳細(xì)資料第115頁9.梯度場在NMR應(yīng)用因?yàn)樘荻葓鍪固幱诓灰粯游恢迷雍撕胁灰粯宇l率,所以在施加梯度場前轉(zhuǎn)到XY平面聚焦磁化矢量,在梯度場打開后會很快散開.梯度場關(guān)閉磁化矢量將以沒有梯度場時頻率旋轉(zhuǎn).梯度場實(shí)際是以脈沖形式施加在樣品上.不一樣強(qiáng)度梯度場脈沖能夠使磁化矢量散開相同程度,只是施加梯度場時間不一樣而已.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XY2023/4/20116Bruker核磁共振詳細(xì)資料第116頁9.梯度場(水峰壓制)1.選擇激發(fā)水峰2.施加梯度場打散水峰信號3.900硬脈沖激發(fā)其它峰信號.0002023/4/20117Bruker核磁共振詳細(xì)資料第117頁p/2p/2RF水峰梯度FIDref:Doddrelletal.J.Mag.Reson1986,70,1762mMSucroseinH2Otop:singlepulsebot:Submergerg=1rg=64x89.梯度場(水峰壓制)SUBMERGE:使用梯度場及選擇性脈沖水峰壓制2023/4/20118Bruker核磁共振詳細(xì)資料第118頁在許多應(yīng)用中,被梯度場打散確實(shí)信號有經(jīng)過施加梯度場重新聚焦形成回波.兩個基本脈沖序列,‘gradientrecalledecho’和‘gradientspinecho’.1.GradientRecalledEcho5RF梯度場FID1234p/2XY143259.梯度回波2023/4/20119Bruker核磁共振詳細(xì)資料第119頁RFp/2梯度場FIDstartacquisition時間(ms)05101520259.梯度回波2023/4/20120Bruker核磁共振詳細(xì)資料第120頁2a.自旋回波2b.梯度回波RFFID12345p/2pRFFID梯度場123456p/2pXY143256XY143259.梯度回波2023/4/20121Bruker核磁共振詳細(xì)資料第121頁RFp/2梯度場FID開始采樣時間(ms)0510152025p9.梯度回波2023/4/20122Bruker核磁共振詳細(xì)資料第122頁RFp/2梯度場FIDref:Piottoetal.J.Biomol.NMR(1992),2,661選擇1800脈沖翻轉(zhuǎn)除水外原子核自旋狀態(tài)2mMSucroseinH2Otop:singlepulsebot:Watergaterg=1rg=64水門(WATERGATE)利用梯度回波水峰壓制9.梯度場:水峰壓制2023/4/20123Bruker核磁共振詳細(xì)資料第123頁9.梯度場替換脈沖相循環(huán)許多NMR試驗(yàn)利用RF脈沖相循環(huán)以選擇需要”coherences”(同相重合態(tài)).梯度場可實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo)從而消除了相循環(huán).

比如COSY

試驗(yàn).為實(shí)現(xiàn)正交檢測,消除橫向軸峰需要四步相循環(huán).而使用梯度場一步即可完成.RFp/2gradientFIDp/2t11nn=1N-typen=-1P-type2023/4/20124Bruker核磁共振詳細(xì)資料第124頁9.COSYP/N選擇:一次掃描500MHzvinylbromide氫COSY譜.只掃描一次造成P,N-型譜同時出現(xiàn).RFp/2FIDp/2t1相位00CHHHC=BrN-type對角線AxialpeaksP-type對角線2023/4/20125Bruker核磁共振詳細(xì)資料第125頁500MHzvinylbromide氫COSY譜.掃描四次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測.RFp/2FIDp/2t1相位009018027001800180CHHHC=Br9.COSYP/N選擇:相循環(huán)2023/4/20126Bruker核磁共振詳細(xì)資料第126頁500MHzvinylbromide氫COSY譜.使用梯度場掃描一次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測.RFp/2梯度場FIDp/2t11nn=1P-typeCHHHC=Br9.COSYP/N選擇:梯度場2023/4/20127Bruker核磁共振詳細(xì)資料第127頁n=-1N-typeCHHHC=Br500MHzvinylbromide氫COSY譜.使用梯度場掃描一次消除橫向軸峰及實(shí)現(xiàn)正交檢測.RFp/2梯度場FIDp/2t11n9.COSYP/N選擇:梯度場2023/4/20128Bruker核磁共振詳細(xì)資料第128頁500MHzN-type

Strychnine氫COSY譜.使用梯度場掃描一次9.COSYP/N選擇:梯度場2023/4/20129Bruker核磁共振詳細(xì)資料第129頁9.多量子過濾中梯度場500MHz使用單(上)雙(下)量子過濾重水中蔗糖氫譜.RFp/2梯度場FIDp/2p/21n多量子同相重合態(tài)”階”指兩狀態(tài)磁量子數(shù)之差.處于多量子同相重合態(tài)核磁子散相速度與其”階”成正比.經(jīng)過使用一定百分比一對梯度檢測之前而能夠選擇聚焦某一處于多量子同相重合態(tài)原子核.2023/4/20130Bruker核磁共振詳細(xì)資料第130頁甲乙醚:CH3-CH2-OCH3MQ選擇(1:n)兩梯度場CH2OCH3CH3n=1n=2n=3n=4n=59.多量子過濾中梯度場2023/4/20131Bruker核磁共振詳細(xì)資料第131頁500MHz雙量子過濾COSY譜(mof1,4androstene-dione),一次掃描.9.多量子過濾中梯度場2023/4/20132Bruker核磁共振詳細(xì)資料第132頁9.異核梯度試驗(yàn)在1H-13C反相試驗(yàn)中,一個需要處理問題是抑制那些沒有與13C相連氫信號.梯度提供了一個比相循環(huán)更有效方法.x128氯仿上:單脈沖下:一維梯度HSQC.rg=1rg=642023/4/20133Bruker核磁共振詳細(xì)資料第133頁梯度場作用在不一樣核將引發(fā)不一樣進(jìn)動頻率.w(z)=giGzz.比如z=0.5andGz=20G/cm氫核,含有42580Hz,而碳核10625Hz(g13C=1/4g1H).13CFID1Htransfergradient14gradient14or在一些異核試驗(yàn)中,有時利用將磁化矢量從一個核轉(zhuǎn)到另一個核上.磁化矢量轉(zhuǎn)移后,假如需要使用梯度場重新聚焦時,要注意依據(jù)磁旋比調(diào)整梯度場強(qiáng)度或長度.9.異核梯度試驗(yàn)2023/4/20134Bruker核磁共振詳細(xì)資料第134頁9.異核多量子相關(guān)圖FID1Hp/2p13Cp/2p/2Dt1梯度場221重水中蔗糖13C-1HHMQC2023/4/20135Bruker核磁共振詳細(xì)資料第135頁FID1H