Bruker布鲁克工业用核磁共振

symbol
1H 2H 31P 13C 15N 14N 19F 17O 27Al
abundance (%)
99.98 0.015 100 1.1 0.37 99.63 100 0.04 100
frequency (MHz) at 2.35T 100 15.35 40.48 25.14 10.13 7.22 94.08 13.56 26.06
B0 M
单位体积内原子核磁矩的矢量和定义为
宏观磁化强度矢量 M (macroscopic
magnetization.其方向与外磁场方向相同
2020年8月13日 6
核磁共振 : 简介
B0
B0
M
RF 脉冲
M 接收器
ass1
Receiver
在磁场中,原来简并的能级分裂成不同的能级状态.如 果用适当频率的电磁辐射照射就可观察到核自旋能级 的跃迁.原子核能级的 变化不仅取决于外部磁场强度的 大小及不同种类的原子核,而且取决于原子核外部电子 环境.这样我们就可获得原子核外电子环境的信息.宏 观上讲,当用适当频率的电磁辐射(RF)照射样品,宏观 磁化强度矢量从Z-轴转到X或Y轴上.通过接受器,傅立 叶转换就得到核磁共振谱图.
频率控制单元 Frequency Control Unit 频辐设置单元 Amplitude Setting Unit 时间控制单元 Timing Control Unit 协调控制单元 Communication Control Unit 接收控制单元 Receiver Control Unit 布鲁可智能磁体控制系统 Bruker Smart Magnet System 发射/调谐开关 Local Oscillator and Tune Board 功放控制板 Amplifier Control Board 接收器 Receiver 数字/摸拟转换器 Analog to Digital Converter 前置放大器 Pre-amplifier 锁场控制板 Lock Control Board 频率合成器 brand of synthesizer used 运行软件 Operating Software 计算机操作系统 SGI Operating Software 脉冲程序 Operator Instructions for experiment
2020年8月13日 20
2. a: Larmor 频率
核磁矩沿外磁场方向进动的频率称为Larmor 频率w或共振 频率.此频率的大小取决于原子核的种类及外磁场的大小.
w ~ B0
是磁旋比. 它是原子核本身的属性并只能通过实验获取.
nucleus
proton (hydrogen) deuterium phosphorous carbon nitrogen nitrogen fluorine oxygen aluminum
M
M
M
+
rf
当观测信号时,RF 脉冲是处于关闭状态. NMR信号是在微伏(microvolts)而RF脉冲是在 千伏kilovolts.
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2. b.旋转坐标系
为了更好的描述与简化所研究的体系而引进旋转坐标系统.旋转坐标系统中的Z-轴与传统的 三维坐标系的Z-轴一致,而其X-与Y-轴却以与核磁共振频率相同(Larmor 频率)的频率绕Z-轴 旋转.在此体系中,核磁矩不在围绕Z-轴旋转而是静止在某一点上.
x
2020年8月13日 2
核磁共振 : 简介
核磁共振或简称NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的光谱 学方法.它是众多光谱分析法中的一员. 其它的分析方法: 电子自旋共振 (ESR/EPR)
红外光谱学 (IR) 质谱学 (MS) 色谱学 (LC/GC/HPLC) X-ray (SCD/XRF/XRD) 核磁共振成像 或称MRI 已经频繁的使用在医院的疾病的诊断中.
检测的信号 (10-800 MHz)
接受器 (RX22)
混合
数字化器 (HADC)
核磁共振研究的材料称为样品. 样品可以处于液态,固态. 众所周知,宏观物 质是由大量的微观原子或由大量原子构成的分子组成, 原子又是由质子与 中子构成的原子核及核外电子组成.核磁共振研究的对象是原子核. 一滴水大约由1022分子组成.
H CH H
m
mm (10-6m)
nm (10-9m)
A (10-10m)
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核磁共振 : 简介
具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩, 例如象1H, 31P, 13C, 15N 等原子核.磁矩是一矢量.如果含有此类核的物质置放于磁场中,原 来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场.与外磁场同向和反向的磁 矢量符合Boltzmann分布.在数量上同向与反向的差别很小,但正是这一微小的差 别造就了核磁共振光谱学.
NMR 谱仪: 探头
RF 接口
Helmholtz
Solenoid
RF 线圈
+ 调谐元件 (电容器)
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RF-Coil in NMR Probes
2020年8月13日 16
NMR 谱仪: 术语和简写
AVANCE 系统: FCU: ASU: TCU: CCU: RCU: BSMS: LOT: ACB: RX22: ADC: HPPR: LCB: PTS: XwinNMR: LINUX/WINDOWS: Pulse Program:
C
>C=C<
CH3
13C
D
H
H
C
CH
CH
H JHH
2020年8月13日 10
核磁共振 : 简介
2D (轮廓图)
ppm 1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0 ppm
2.4
2.2
2.0
1.8
1.6
1.4
1.2
ppm
1D 谱
分辨率可通过提高外磁场强 度和增加谱图的维数而提高.
nD NMR (n=2,3,4)
2020年8月13日 11
NMR 谱仪
谱仪
600 FM
Audio
反馈
2020年8月13日 12
NMR 谱仪
600 MHz
磁体
前置放大器
RF 产生 RF 放大 信号检测 数据采集控制 数据信息交流 运行控制 磁体控制
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核磁共振 : 简介
虽然一小部分核磁共振仪器在工业上被用来做质量控制,但核磁共振仪器
现大部分仍局限在实验室使用.
应用范围:
结构确定 Structure Determination 化学鉴定 Chemical Identification 聚合物特性测定 Polymer Characterization 药品开发 Drug Development 催化研究 Catalysis
z
z
M
y x rf
‘传统坐标系
y
x
y’
X-与Y-轴以Larmor 频率 围绕Z-轴旋转
z
M
y’ x’ rf
‘旋转坐标系
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2. b.旋转坐标系
实际应用上的例子. 当磁化矢量被转到XY平面后,它仍以Larmor 频率绕Z-轴旋转.同样的,核 磁信号也以大致相当的频率饶Z旋转.然而此高频信号(数百兆赫)是不可能被数字化的,即使 使用高分辨的ADC. 实际应用上,就将检测到的信号与一参照频率想混合而得到其差频.此差 频落在100KHz的范围内(声频)并很容易被数字化.
探头
机柜
数据储存; 数据处理; 总体控制.
计算机
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NMR 谱仪:机柜
AQX (Digital)
CCU TCU FCU RCU
PTS
BSMS shim lock CCU
VT unit
AQR ASU Router ACB ADC RX22
Amplifier
Amplifier
2020年8月13日 14
用户:
化学公司 Chemical Companies 药剂化学 Pharmaceutical Companies 石油化工 Petrochemical Industry 高分子材料Polymer Industry 大学 Universities 医院 Hospitals
2020年8月13日 4
核磁共振 : 简介
2020年8月13日 17
NMR 谱仪: 术语和简写
AV 系统: FCU: SGU: TCU: CCU: RCU: BSMS: ACB: RX22: ADC: HPPR: LCB: XwinNMR: LINUX/WINDOWS: Pulse Program:
频率控制单元 Frequency Control Unit 信号产生单元 Amplitude Setting Unit 时间控制单元 Timing Control Unit 协调控制单元 Communication Control Unit 接收控制单元 Receiver Control Unit 布鲁可智能磁体控制系统 Bruker Smart Magnet System 功放控制板 Amplifier Control Board 接收器 Receiver 数字/摸拟转换器 Analog to Digital Converter 前置放大器 Pre-amplifier 锁场控制板 Lock Control Board 运行软件 Operating Software 计算机操作系统 SGI Operating Software 脉冲程序 Operator Instructions for experiment
目录
1 系统简介 2 核磁共振仪器的组成及工作原理 3 核磁共振原理:原子核间的相互作用 4 仪器的分辨率及稳定性 5 RF 脉冲 6 去偶 7 水峰的压制技术 8 两维核磁共振 9 核磁共振中梯度场的应用 10. 高分辨魔角旋转光谱 11. 固体核磁共振
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简单介绍
B0 z y
2020年8月13Hale Waihona Puke 18B0AM
2. NMR 检测
B0
B
C
RF pulse
M Receiver
A: 磁化强度矢量, Larmor 频率 B: RF 脉冲, 脉冲功率, 探头, 电击放电 C: 磁化强度矢量进动, 旋转坐标系, 接收器,前置放大器 D: 接收器增益值, 弛预时间 (T1,T2)
E: 傅立叶转换, 正交检测, 频率扫描宽度, 折反峰 folding
在案BRUKER 仪器上,原子 核的频率是通过参数BFn (MHz)设置. 如BF1 代表第 一通道. 更精细的频率调节 可用参数On来完成. On叫 频率偏差频率或偏置频,所 以总频率为SFOn: SFO1=BF1+O1
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2. b: RF 脉冲
核磁信号只能在核磁化矢量位于XY平面时才能被检测到.使用与原子核Larmor频率相同 无线电射频即可将M 从Z-轴转向X-或Y-轴.
S(t) FT
S(w)
2020年8月13日 7
样品: 灵敏度:
核磁共振 : 简介
非磁性及非导电 样品需含 1015 原子核
NMR
溶液 固体Solids 成像
600 MHz
2020年8月13日 8
核磁共振 : 简介
自旋-自旋偶合 化学位移
Ew B0
Larmor 频率
e.g.
B0=11.7 T,
w(1H)=500 MHz w(13C)=125 MHz
D
S(t) FT
E
S(w)
2020年8月13日 19
2. a: 宏观磁化强度矢量
600 MHz
B0 z
B0 z M
y x
y x
具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩.在磁场 中,原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场.与外磁场同向 和反向的磁矩矢量符合Boltzmann分布.磁矩矢量沿磁场方向的进动使XY平面上的投影相互抵 消.由于沿磁场方向能量较低,故原子分布较多一些而造成一个沿Z-轴的非零合磁矩矢量.虽然 在理论上经常讨论单一原子的情形,但在实际上,单一原子的核磁信号非常小而无法观测.故此 我们定义单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度矢量 其方向与外磁场方向相同.以此 矢量来描述宏观样品的核磁特性.
化学位移 ~ B0 kHz 自旋-自旋偶合 Hz-kHz
2020年8月13日 9
核磁共振 : 简介
Information: Larmor 频率 化学位移: J-偶合: 偶极偶合:
弛豫:
原子核 结构测定(功能团) 结构测定(原子的相关性) 结构测定 (空间位置关系)
动力学
CH3
H
>C=CH-
1H
H JCH C