核磁共振技术的新进展

《核磁共振技术的新进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、核磁共振技术的新进展一、核磁共振技术的简介核磁共振技术可以直接研究溶液和活细胞中相对分子质量较小(20，000道尔顿以下)的蛋白质、核酸以及其它分子的结构，而不损伤细胞。二、核磁共振的工作原理1、核磁共振基本原理：核磁共振的基本原理是：原子核有自旋运动，在恒定的磁场中，自旋的原子核将绕外加磁场作回旋转动，叫进动(precession)。进动有一定的频率，它与所加磁场的强度成正比。如在此基础上再加一个固定频率的电磁波，并调节外加磁场的强度，使进动频率与电磁波频率相同。这时原子核进动与电磁波产生共振，叫核磁共振。核磁共振时，原子核吸收电磁波的能量，记录下的吸收曲线就是核磁共振谱(NMR-

2、spectrum)。由于不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱。记录这种波谱即可判断该原子在分子中所处的位置及相对数目，用以进行定量分析及分子量的测定，并对有机化合物进行结构分析。（核磁共振谱）2、原子核的自旋核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况，如下表。分类质量数原子序数自旋量子数lNMR信号I偶数偶数0无II偶数奇数1,2,3，4,5,6,7，…（I为整数）有III奇数奇数或偶数0.5,1.5,2.5,3.5

3、，4.5,…（I为半整数）有I值为零的原子核可以看做是一种非自旋的球体，I为1/2的原子核可以看做是一种电荷分布均匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。I大于1/2的原子核可以看做是一种电荷分布不均匀的自旋椭球体。5/53、核磁共振现象原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩（μ）。μ=PY式中，P是角动量矩，γ是磁旋比，它是自旋核的磁矩和角动量矩之间的比值，因此是各种核的特征常数。当自旋核处于磁感应强度为的外磁场中时，除自旋外，还会绕B0运动，这种运动情况与陀螺的运

4、动情况十分相像，称为拉莫尔进动（process）。自旋核进动的角速度ω0与外磁场感应强度B0成正比，比例常数即为磁旋比γ。式中ν0是进动频率。ω0=2πν0=γB0原子核在无外磁场中的运动情况如下图，微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的（方向量子化），自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+l个取向，每一个取向都可以用一个自旋磁盘子数m来表示，m与I之间的关系是m=I,I-1,I-2…-I原子核在无外磁场中的运动情况原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态，I值为1/2的核在外磁场作用下只有两种取向，各相当于m=1/2和m=-1/2，这两种状态之间的能量差ΔE值为

5、ΔE=γhB0/2π一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收ΔE的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振。当频率为ν射的射频照射自旋体系时，由于该射频的能量E射=hν射，因此核磁共振要求的条件为5/5hv射=ΔE（即2πν射=ω射=γB0）　①目前研究得最多的是1H的核磁共振和13C的核磁共振。1H的核磁共振称为质子磁共振(ProtonMagneticResonance），简称PMR，也表示为1H-NMR。13C核磁共振（Carbon-13NuclearM

6、agneticResonance）简称CMR，也表示为13C-NMR。三、核磁共振的发展史 1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1950年度诺贝尔物理学奖。四、核磁

7、共振仪目前使用的核磁共振仪有连续波（CN)及脉冲傅里叶（PFT）变换两种形式。连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器、放大器及记录仪等组成（见下图）。磁铁用来产生磁场，主要有三种：永久磁铁，电磁铁[磁感应强度可高达24000Gs(2.4T)]，超导磁铁[磁感应强度可高达190000Gs(19T)]。频率高的仪器，分辨率好，灵敏度高，图谱简单易于分析。磁铁上备有扫描线圈，用它来保证磁铁产生的磁场均匀，并能在一个较窄的范围内连续精确变化。射频发射器用来