核磁共振（NMR)波谱学原理与应用

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1、核磁共振(NMR)波谱学原理及其应用第一章绪言1.1回顾:NMR现象发现于1945年，发展迅速，已成为当代研究物质结构最有力的工具。1946年哈佛大学Purcell小组和斯福大学Block小组几乎同时观测了石蜡中质子的信号，1952年获诺贝尔物理奖。1951年发现化学位移现象。1952年Hahn等发现自旋偶合现象，显示NMR技术可用来研究分子结构。1958年第一台30MHz(CW-30MHz)。1965年提出快速FT变换方法。1966年R.R.Ernst等实现了FT-NMR实验。将信号采集由频率域→时域，使信号累加变得容易，大大提高NMR灵敏度，13C核的测量成为可能

2、，这是一次革命。利用不同的脉冲组合来加工核自旋体系的信息，获得特定的分子结构信息：驰豫时间，共振峰的分类（DEPT，1NEPT）1971年J.J.Jeener首次引入二维谱的概念。1974年R.R.Ernst小组首次成功地实现二维实验，NMR进入全新时代。上世纪80年代是NMR迅速发展的十年。1991年R.R.Ernst本人获诺贝尔化学奖。1.2仪器的基本构造DataprocessingrfconsoleTransmitterReceiverMagnetSampletubeProberfpulseB0SampletubeinsidecoilFTSpectrumFIDN

3、MR发展的里程碑YearDevelopmentNature1970FTNMRInstrumental1975SuperconductingmagnetsInstrumental19802DNMRMethodological1985ProteinstructuredeterminationMethodological1990Isotopelabeling/multidimensionalNMRMethodological1990PulsedfieldgradientsInstrumental/Methodological1995NMRscreeningMethodolo

4、gical1997TROSYMethodological1998LC-NMR/LCMS-NMRInstrumental2000CryoprobesInstrumentalpeakE0B0nodetroughEBt0ifabscissascaleistimeifabscissascaleislength1.3电磁辐射的性质ElectromagneticwavewithelectricvectorEandmagneticvectorBRadiationWavelength,(nm)Frequency,(Hz)Energy(kJ/mol)Cosmicrays<10-3

5、>3x1020>1.2x108Gammarays10-1-10-33x1018-3X10201.2x106-1.2x108X-rays10-10-13x1016-3x10181.2x104-1.2x106Farultraviolet200-101.5x1015-3x10166x102-1.2x104ultraviolet380-2008x1014-1.5x10153.2x102-6x102visible780-3804x1014-8x10141.6x102-3.2x102Infrared3x104-7801013-4x10144-1.6x102Farinfrared3

6、x105-3x1041012-10130.4-4Microwaves3x107-3x1051010-10124x10-3-0.4Radiofrequency1011-3x107106-10104x10-7-4x10-3Electromagneticspectrum波实际上是由二个正交(互相垂直)的彼此完全相同的波组成的。其中一个描述辐射的电场矢量(E)，在一个平面内振荡，而另一个波描述磁场矢量(B)，在垂直于电场的平面内振荡。波可用二个独立的量，波长()和最大振幅(图中的E0和B0)来表征。电磁辐射以固定的速度传播，可用频率来描述波，频率是相邻两个波之间的距离t0

7、的倒数。t0的单位是秒，的单位赫兹(Hz)在t0时间内，电磁波传播的距离为。C=̸t0对某一特定的波，其波长和频率不是二个互为独立的量，而是互为反比例的关系。高频辐射具有短的波长，而低频辐射则具有长的波长。电磁波除了波动性外，还表现出粒子的某些行为。光子最重要的类粒子性质是它的能量(E)。每一个光子具有分立的能量，它与频率成正比关系。这种关系可表示如下：E=h式中h－普朗克常数，其值为6.63x10-27尔格．秒对NMR的目的来说，我们特别感兴趣的是射频辐射(rf)，其频率范围与收音机和电视机的接收频率相同。通常采用频率为200-750