核磁共振技术的研究进展

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1、核磁共振技术的研究进展15211050691马晓菲摘要：核磁共振技术是一种测定化合物结构的强有力手段，具有不破坏样品、检测速度快、信息丰富、方法灵活等特点。由于受到人们对其灵敏度、精确度的质疑，核磁共振技术的应用范围远不及色谱和质谱技术。但随着磁场强度的提高，高敏探头的出现及实验方法的改进，核磁共振技术的灵敏度已大幅提高，其在药学领域的应用前景将会越来越广阔。本文从核磁共振技术的仪器进展，方法进展，应用进展三方面进行综述。关键词：核磁共振高敏探头固体高分辨联用技术应用前言在磁场中用无线电波照射分子时，能引起

2、原子核自旋能级的跃迁。原子核能级跃迁时核磁矩方向的改变而产生的感应电流，即核磁共振的信号。核磁共振（NMR）最早由Bloch、Purcell发现并获得诺贝尔物理学奖，经历了固体高分辨核磁共振、脉冲傅里叶变换技术、核磁共振成像、高场谱仪的出现等一系列重大突破，从早期的单一的核物理的应用领域拓展到化学，食品，医学，药学，生物学，遗传学以及材料科学等领域，并成为研究工作的有力工具。与其他分析手段相比，核磁共振具有如下优势：1.鉴定和检测的同步性2.不破坏样品，试剂可回收3.样品制备方法简单4.测定迅速、操作简单、

3、重现性好5.检测方法灵活多变。但由于核磁共振灵敏度较低，相比于色谱和质谱，其应用范围相对小得多，并一度成为其发展的瓶颈。近年来，随着磁场强度的提高，高敏探头的出现，实验方法的改进，以及人们对核磁共振关注的提高，国内外对其研究报道明显增加。本文从核磁共振技术的仪器进展，方法进展，应用进展三方面进行综述。1.仪器进展1.1磁体技术核磁共振谱仪的硬件主要构成可以分为四个部分，磁体、探头、数据采集和接收系统、操作系统。磁体的功能是产生一个恒定的磁场，仪器的灵敏度与磁体提供的磁场密切相关。现代核磁共振超导磁体需要液氮

4、液氦提供的低温条件来维持磁体的超导状态，维护成本非常高。针对这一问题，布鲁克公司研制出 AscendAeon系列磁体。它能将磁体内挥发出的氦气直接液化重新加注回磁体，完成氦气的循环，避免了重复添加液氮的麻烦，极大地简化了磁体的维护工作，降低了维护成本。并且AscendAeon系列磁体表现出极佳的磁场均匀度和最小的漏磁场，极大地促进了NMR的发展。1.2探头1.2.1超低温探头探头则置于静磁场之中，用于激发检测核并探测核磁共振信号。超低温探头把低温技术与先进的射频硬件设计结合起来，用低温的氦气来冷却探头检测线

5、圈到25K，前放电子线圈到70K附近，最大程度降低了检测到的电子噪声，探头检测灵敏度提高4倍以上。1.2.2微量探头微量探头是超小型探头, 通过减少溶剂的体积而相应增加样品浓度，适用于样品量小的情况，特别是适用于天然产物研究领域，本身的线圈设计使得其能达到与低温探头相当的高灵敏，并且微量探头安装与维护简便。1.2.3流动探头流动探头能够在样品流动的情况下检测溶液中的结构信息。这种探头能够完成样品的实时检测，并能与HPLC和质谱联合在一起，组成LC－NMR－MS的强大分析工具。1.3样品变温装置变温核磁共振实

6、验在物质结构分析和化学反应跟踪等应用中有着重要的作用。布鲁克公司研制的Thermometer技术通过检测两种氘共振的化学位移差值来实现完全自动化温度控制，与传统的热电偶检测法相比，NMRThermometer直接测量样品实际温度，不再依赖于热电偶，从而避免在去偶实验或控温气流变化时外部热电偶测温导致温度偏差。2.方法进展2.1固体高分辨核磁共振普通核磁共振波谱仪所测样品多为液体,物质在固态时的许多性质在液态时是无法观察到的。固体分子中分子之间位置相对固定，各向异性作用效果显著，NMR谱线比液体宽得多，进而导

7、致分辨率的降低。固体高分辨核磁共振主要通过魔角旋转法、偶极去偶法、多脉冲去偶法、交叉极化法等来获得高分辨谱图。现在固体NMR已广泛用于研究无机材料（如分子筛、催化剂、陶瓷、玻璃等）和有机材料（如高分子聚合物、膜蛋白等）的微结构。固体高分辨核磁共振在高分子材料方面的研究较多，利用固体NMR谱图和各种弛豫参数，人们可以表征材料的分子结构进而监视反应的进度。固体NMR不仅为聚合物分子结构的解析提供了丰富和可靠的信息，同时NMR的各个参数也可作为机械性能及动力学研究的重要手段。2.2多维核磁共振傅里叶脉冲变换技术促

8、进了多维核磁共振技术的发展。引入二维后，不仅可将化学位移、偶合常数等参数展开在二维平面上，减少了谱线的拥挤和重叠；而且通过提供HH、CH、CC之间的偶合作用以及空间的相互作用，确定它们之间的连接关系和空间构型，有利于复杂化合物的解析，特别是天然产物和生物大分子的结构鉴定。但随研究对象分子量的增加，质子数目增加，使其谱线重叠亦越加严重,如何提高分辨又成为关键问题。于是三维核磁共振技术便兴起。美中不足的是,三维核磁共