（无线电物理专业论文）多个（重）溶剂峰压制方法的比较与白酒的核磁共振测定.pdf

华东师范大学硕士学位论文 堂瞳整硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 陈群教授华东师范大学物理系王藩 杨光副教授华东师范大学物理系 徐敏副教授华东师范大学物理系 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果据我所知，除文中已经注明引用的内塞外，本论文不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均巳在文 中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：雄日期：鱼量! 互至q q 量 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 日期：q ! 2 q q 日期：q ! 丝! q ! 学位论文作者签名：挂庙姆导师签名：管河牙 华东师范大学硕士学位论文 摘要 本文利用连续波照射的预饱和( p r e s a t u r a t i o n ) 方法、激发塑g ( e x c i t a t i o n s o u l p a n g ) 方法，w e t ( w a t e rs u p p r e s s i o ne n h a n c e dt h r o u g ht ie f f e c t s ) 方法，并结 合多频率选择性激发的形状脉冲( s h a p e dp u l s e ) 、”cc p d ( c o m p o s i t ep u l s e d e e o u p l i n g ) - 去偶和修整脉冲m i mp u l s e ) 手段，进行多个( 重) 溶剂峰( 强峰) 的 压制，测试了样品的各种1 h 核磁共振谱图，并根据样品的特性，对脉冲序列中 的各种参数进行了优化。 通过对连续波照射的预饱和、激发塑型、w e t 进行多个( 重) 溶剂峰( 强 峰) 压制方法比较之后，我们发现，对于白酒样品的测试，激发塑型压制多个强 峰的方法最适合的。并运用该方法进行多重强峰压制后测得了1 h 1 ht o c s y 等 二维谱。在压制了白酒样品中水峰和乙醇峰后得到的1 d 、2 d 谱图中，清晰地呈 现了各个微量组分的谱峰以及各组分化学结构的相关峰，据此对图谱中的各个谱 峰进行了指认，进而可以对其微量成份进行研究和分析。实验表明这种方法对酒 类产品的分析研究非常有效，并运用激发塑型方法测试了市售的其它白酒样品。 由此建立一套( 种) 多个( 重) 溶剂峰( 强峰) 压制下微量组分的分析方法，此 方法可以用于控制酒类的生产、储存过程的质量控制，真假产品的鉴别。其优化 的实验条件，可用于其它酒类( 黄酒、葡萄酒、红酒等) 、化妆品、食品等测试。 关键词：溶剂峰压制；核磁共振( n m r ) ；预饱和( p r e s a t u r a t i o n ) ；激发塑型 ( e x c i t a t i o ns c u l p t i n g ) ；w e t ( w a t e rs u p p r e s s i o n e n h a n c e dt h r o u g ht 1e f f e c t s ) ；形状 脉冲( s h a p e dp u l s e ) ；白酒 兰查堡蔓查! 壁主主堡塑塞 a b s t r a c t p r e s a t u r a t i o n e x c i t a t i o n s c u l p t i n g a n dw e tm u l t i p l ei n t e n s i v e p e a k ss u p p r e s s i o nm e t h o d sh a v eb e e nu s e df o rn m rm e a s u r e m e n to n w h i t es p i r i ts a m p l e sa n dp a r a m e t e r si nt h e s ep u l s es e q u e n c e sh a v eb e e n o p t i m i z e dt ot h es a m p l e s b yc o m p a r i n gt h e s et h r e em e t h o d s ，w ef o u n d t h a te x c i t a t i o ns c u l p t i n gm e t h o di nc o n j u n c t i o nw i t has h a p e dp u l s ef o r m u l t i s i t es e l e c t i v ee x c i t a t i o n ，p u l s e d f i e l dg r a d i e n t s ( p f g ) ，s e l e c t i v e 13 c c p d d e c o u p l i n gd u r i n gt h es e l e c t i v e1 hp u l s e sa n d as h o r tt r i mp u l s ei s t h eb e s to n eo nt h i ss a m p l e 1 da n d2 d1 hn m r e x p e r i m e n t sw i t he x c i t a t i o ns c u l p t i n gi n t e n s i v e p e a k ss u p p r e s s i o nw e r ed o n e t h es p e c t r as h o w f l a tb a s e l i n ea n da l m o s t p u r ep h a s eb e h a v i o r t h r e ev e r yi n t e n s i v ep e a k s ( h d o ，c h 2 a n dc h 3 ) h a v eb e e ns u p p r e s s e d e f f e c t i v e l y p e a k si n1 h1ds p e c t r u m a n d e s p e c i a l l y t h ec r o s sp e a k si n1 h _ 1 h2 ds p e c t r u mf r o mm i n o rc o m p o n e n t si nt h e w h i t es p i r i ts a m p l ew e r ec l e a r l yo b s e r v e d ，o nw h i c hs p e c t r a la s s i g n m e n t s a n dc o m p o n e n ta n a l y s i sc a l lb ea c c o m p l i s h e d t h i sm e t h o di ss h o w nt o b e v e r yp r o m i s i n ga n d e f f e c t i v eo nt h ed r i n k sr e s e a r c h e s i tc a nb ew i d e l y u s e df o rq u a l i t yc o n t r o ld u r i n gw h i t e s p i r i tp r o d u c t i o n a n dd e p o s i t p r o c e s s ， a l s of o rd e t e r m i n a t i o n sa c c o r d i n gt ot h ea u t h e n t i c i t ya n dg e o g r a p h i c a l o n g m e t c f u r t h e r m o r e ，t h eo p t i m i z i n ge x p e r i m e n tc o n d i t i o n sc a nb eu s e di n 华东师范大学硕士学位论文 o t h e rd r i n k s s y s t e m ，f o o d s a n dc o s m e t i ce t c ，f o r m u l t i p l e s o l v e n to r i n t e n s i v ep e a k s s u p p r e s s i o n k e y w o r d s ：s o l v e n ts u p p r e s s i o n ，n m r ，p r e s a t u r a t i o n ，e x c i t a t i o ns c u l p t i n g ， 、e t ，w h i t es p i r i t ，s h a p e dp u l s e 7 华东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1引言 核磁共振( n u c l e a rm a g n e t i cr e s o n a n c e ，n m g ) 是诞生于上个世纪的一门新兴学 科，经过近几十年的发展，核磁共振不但在技术本身上取得了突破性的进展，而 且核磁共振的应用领域也延伸到生物化学、材料科学、医学卫生、石油化工等众 多的学术与应用前沿。从技术角度面言，核磁共振主要有液体核磁共振、固体核 磁共振和核磁共振成像三个重要分支。目前，液体核磁共振技术已经成为物质分 子结构分析与研究的重要手段。 本论文通过对液体核磁共振各种多个( 重) 溶剂峰压制方法中脉冲序列参数 的优化。测试了市售白酒样品的各种n m r 图谱，对其中的微量成份进行了分析 和研究。并就白酒样品的测试对各种多个( 重) 溶剂峰压制方法进行了比较。 1 。1 1 核磁共振简介 核磁共振是1 9 4 5 年由美国斯坦福大学em p u r c e l l l 和哈佛大学f b l o c h 2 各 自独立发现的，两人因此获得了1 9 5 2 年诺贝尔物理学奖。6 0 多年来，核磁共振 已形成为一门有完整理论的新学科“。 n m r ，是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能发生塞曼分 裂( z e e m a ns p l i t t i n g ) ，共振吸收某一特定频率的射频( r a d i of r e q u e n c y ，缩写为 r f 或r f ) 辐射的物理过程。由于塞曼分裂的大小与分予的化学结构有密切的关 系，因而n m r 能提供有关化学结构及分子动力学的信息，已成为鉴定有机化合 物结构 。及研究化学动力学等的极为重要的方法；成为分子结构解析的一个有力 工具。 n m r 从发现到发展，直到今天的广泛应用，不过六十年的历史，却有着非 常惊人的成就，有关的理论和应用研究已多次获得了诺贝尔奖，目前还在不断的 发展中。n m r 的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深入物质内部而不 破坏样品，并且有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用，已 经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科，在科研和生产中发 挥了巨大的作用。尤其是溶液核磁共振在有机化合物、天然产物和生物大分子中 华东师范大学硕士学位论文 的应用，显得更引人注目。 1 1 。2 溶剂峰压制的意义 在液体核磁共振氢谱的实验中，经常会遇到溶剂峰或强峰的压制问题。一方 面是由于质子信号的强度相差太大，超出了计算机检测的动态范围7 ，使得微量 成份的信号检测困难。另一方面，溶剂峰或强峰会遮盖附近的小峰，特别是强磁 场条件下，辐射阻尼效应6 1 7 使得峰变宽。遮盖的范围变得更大。在实际样品中， 如酒类样品、食品、化妆品等，或是经高效液相( h p l c ) 分离得到的样品，往往 有着一个或几个很强的蜂( 酵类、水或其它溶剂峰) ，核磁共振测试通常需要将 样品浓缩或抽去原有的溶剂，然后溶入相应的氘代溶剂中进行。然而，这些处理 方法不仅费时费力，而且还有可能改变样品的性质或是丢失重要的活泼氢信号。 因此有必要运用溶剂峰压制方法宣接对样品进行测试。 1 1 。3 溶剂峰压制技术的发展 不同的样品体系所含的强峰或溶剂峰是不同的，在n m r 图谱上可表现为单 峰和多个( 重) 峰，而实际样品的测试中往往是含有多个( 重) 强峰，因此溶剂 峰压制也分为单溶剂峰压制和多溶剂峰压制。 单溶剂峰压制只需要选择一个峰的共振频率，主要有连续波照射的预饱和方 法1 u 。2 。此后又发展了一些与选择性激发技术相关的溶剂峰压制实验方法： 1 1 w e f t ( w a t e r e l i m i n a t e df o u r i e rt r a n s f o r m a t i o n ) 以及s u p e r w e f t 方法”。； 2 ) “前跳一回跃( j u m p a n d r e t u r n ) ”方法”，及在此基础上改进的“l 一2 一l 、 1 3 3 一l ”“2 1 4 ”等其它序列”；以及选择性激发与梯度场脉冲结合 的压制方法“水f - j ( w a t e r g a t e ：w a t e rs u p p r e s s i o nb y g r a 凼e n t t a i l o r e d e x c i t a t i o n ) ”脉冲及其改进方法。, l 2 j 。丽多溶剂峰压制则需要对多个强峰的共振 频率同时进行选择激发，除了有偏共振( o f f - r e s o n a n c e ) ”的效应外，对于有自旋偶 合的强蜂，在压制的同时要考虑由此演化而弓 起的相位差等因素，如果强峰的氢 是连在碳上的，还要消除它们的c 卫星峰，因此在技术上实现起来更复杂。 在多溶剂峰压制中，也可以运用连续波照射的预饱和方法，其中一种方法是 使用多个通道同时发射不同的频率对不同的溶剂峰进行照射使其饱和( o n r e s o n a n c e ) 。这种方法由于与仪器配制的频率通道数有关，在压制溶剂峰的峰数 上具有一定的局限性。另一种方法是只使用一卜频率通道，但选用多频率选择性 华东师范大学硕士学位论文 激发的形状脉冲，同时对不同共振频率的溶剂峰进行预饱和照射( o f r r e s o n a n c e ) 。预饱和方法的主要缺点是当溶剂峰是水峰时，由于饱和效应的转移 使得溶质中与水分子有化学交换的活泼氢峰也受到了压制，同时由于较长时间的 照射( 通常为1 3 秒) ，溶剂峰的相位与其它峰差别很大，造成了谱图上基线的 扭曲，特别是在二维( 2 d ) 谱上会产生很多噪声。 近年来，随着n m r 和脉冲梯度场( p f g ：p u l s e df i e l dg r a d i e n t ) 技术”，2 1 的迅速 发展，以及用于计算多频率选择激发的s l p ( s h i f t e dl a m i n a rp u l s e ) “j 3 形状脉冲 方法的曰臻完善，出现了二者结合的多溶剂峰压制方法，如“激发塑型( e x c i t a t i o n s c u l p t i n g ) ”脉冲方法“。6 、w e t ( w a t e rs u p p r e s s i o ne n h a n c e dt h r o u g ht 1e f f e c t s ) “。脉冲方法等，可进行多个( 重) 溶剂峰压制，这为核磁共振的应用开辟了 更广阔的领域。 理论上讲，所有用于单溶剂峰压制的方法，只要将其中的选择性脉冲改成多 频率选择激发的s l p 形状脉冲就可用于多溶剂峰的压制。各种相位调制的s l p 脉冲在不改变发射中心频率的基础上，可以选择激发偏离发射中心频率的谱峰。 也可以同时激发两个或多个共振频率的峰，这就为多溶剂峰压制提供了基础。 1 2 本论文研究的目的以及主要内容 1 2 1 白酒样品的独特性及本论文的目的 n m r 作为一种分子结构的分析研究手段，无论是在基础研究还是在应用研 究方面都得到了广泛的运用和发展，特别是灵敏度最高的1 h 核磁共振，但在酒 类产品的分析研究方面相对比较滞后。近年来国际上发表了一些应用方面的文 章，主要是葡萄酒的产地和其中微量成份的鉴别”。，而国内核磁共振在白酒研 究方面的应用则极少，其主要障碍就在于酒类样品在核磁共振1 h 谱中有很强的 水峰和乙醇的两个峰，需要同时压制它们才能观察到其它微量组分的峰；而乙醇 峰在压制时既要考虑由自旋偶合演化引起的相位差问题，还要消除它们的”c 卫 星峰，后者相对微量组分的峰而言也是很强的。这些核磁共振技术上的困难很大 程度上限制了其在白酒研究方面的应用。 本论文的主要目的就是根据白酒样品的性质，通过测试其核磁共振氢谱分别 对连续波照射的预饱和方法、激发塑型方法和w e t 方法的脉冲序列中各种参数 进行优化，如选择性激发脉冲的形状及脉冲宽度；自旋锁定脉冲的作用时间；不 同时间段去偶的效果等。比较这些不同的多个( 重) 溶剂峰压制方法得到的谱图， 华东师范大学硕士学位论文 找到一种比较适合白酒样品中微量组分研究的方法，从而可以对各微量组分的化 学结构以及相对含量进行研究，同时也能为其它酒类样品或含有多个( 重) 强峰 样品的分析研究提供借鉴与参考。 1 2 2 本论文的主要内容 1 ) 分别运用了连续波照射的预饱和方法、激发塑型方法和w e t 方 法测试了白酒样品的氢谱，并对其脉冲序列中的各种参数进行了 优化。 在连续波照射的预饱和方法中，对预饱和的功率，$ l p 脉冲的形状和脉 冲宽度以及不同时间段中去偶的效果进行了优化。 在激发塑型方法中，对所选用的多频率选择性激发脉冲的形状、脉冲宽 度、不同时间段去偶效果、修整脉冲作用的长短等实验参数进行了优化。 在w e t 方法中，对s l p 脉冲的形状和脉冲宽度、延迟时间的长短和不 同时间段的去偶效果进行了优化。 2 ) 分别用参数优化后的连续波照射预饱和方法、激发塑型方法和 w e t 方法测试了白酒样品的氢谱，通过比较得到的图谱，确定了 最适合白酒样品研究的多个( 重) 强峰压制测试方法。 3 ) 运用该方法以及相应的优化参数，测试了该白酒样品的各种一维、 二维氢谱，对其中微量组分的谱峰进行了指认，并应用于其它不 同的白酒，以及黄酒和葡萄酒核磁共振氢谱的测试。 华东师范大学硕士学位论文 第二章核磁共振实验及脉冲序列参数的优 化 2 1 实验样品 实验样品是白酒( o 2 5m 1 ) 女l j kd 2 0 ( 0 2 5m 1 ) 混合而成。 2 2 实验条件和实验参数 所有的核磁共振实验都是在b r u k e rd r x 5 0 0 核磁共振谱仪上进行的，测试 用的探头为宽带正相的探头，1 h 和”c 的共振频率分别为5 0 0 1 3 m h z 和1 2 5 0 3 m h z 。测试温度为3 0 0 o k 。化学位移定标以外标t m s 的峰定为6 0 0 0 。脉冲序 列中，1 h 的硬脉冲脉宽为：1 0 2 微秒。”c 的去偶是用g a r p 方式进行的。所 有实验用脉冲序列中的弛豫延迟都为2 秒。 脉冲序列中所需的多频率选择性激发形状脉冲是根据h d o 、c h 2 、c h 3 的共 振频率、脉冲形状和组成脉冲的数据点( 本文中为1 0 0 0 ) ，由b r u k e r 公司提供的 s h a p e l 、o o l 程序计算生成的。 脉冲序列中其余的参数将在以下各部分加以说明。 2 3 连续波照射的预饱和方法 2 3 1 引言 在n m r 中，预饱和方法指用连续波( c w ) n 射实现饱和的方法。该方法的基 本思想是将r f 对准强峰照射足够长的时间，使其达到饱和。由于溶剂通常是小 分子，溶剂质子的纵向弛豫时间比较长，利用这一特点，可在弛豫延迟时间内， 对强峰进行预饱和( 即用连续波进行长时间的照射) ，这样就达到了压制溶剂峰 的目的。 从连续波n m r 中沿袭过来的传统理论认为，饱和机制是射频驱动下的快速 跃迁，与射频功率有关。因照射时间足够的长，施加的r f 脉冲可以认为是“连 华东师范大学硕士学位论文 续波”脉冲，其频谱只包含单独的频率( 溶剂峰共振频率) ，而不影响到其它共 振峰。在溶剂峰已达饱和的情况下，再发射脉冲进行采样，溶剂峰就得到了有效 的压制。 连续波照射的预饱和方法中，一种是使用多个通道同时发射不同的频率对不 同的溶剂峰进行照射使其饱和的方法“：另一种是只使用一个频率通道，但选 用多频率选择性激发的形状脉冲，同时对不同共振频率的溶剂峰进行照射预饱和 的方法。图l ( 幻是单个频率的预饱和脉冲序列( 在9 0 。脉冲前的弛豫延迟 ( r e l a x a t i o nd e l a y , d 1 ) p q ，用低功率的c w 对溶剂峰进行长时间照射) ，用以压制 单个溶剂峰，而白酒样品中有三个强峰( h d o 、c h 2 和c h 3 ) 需要压制，所以需 图l ( a ) 对一个共振频率进行连续波照射 的预饱和方法 f i g u r el ( & ) p u l s es e q u e n c eo f c a r e s o n a n c e p r e s a t u r a t i o nm e t h o df o r o n ef r e q u e n c y 图l ( b ) 对三个共振频率同时进行连续波照射 的预饱和方法 f i g u r e 1 ( b ) p u l s es e q u e n c eo fo n - r e s o n a n c e p r e s a t u r a t i o n m e t h o df o rt h r e e f r e q u e n c i e sb y u s i n gt h r e ec h a n n e l s 要三个频率通道发射三种不同的频率分别照射三个强峰( h d o 、c h 2 和c h s ) 同 时进行预饱和，从而达到压制的目的，脉 申序列如图1 ( b ) 所示。图2 所示的脉 冲序列是只使用一个通道，但用多频率选择性激发的s l p 形状脉冲，同时对不 同共振频率的溶剂峰进行预饱和照射的方法1 9 。 d l图2 偏共振预饱和方法。 f i g u r e2 p u l s es e q u e n c eo f o f f r e s o n a n c ep r e s a t u r a t i o nm e t h o d 华东师范大学硕士学位论文 2 3 2 结果与讨论 多个通道的预饱和照射方法进行多溶剂峰压制 图3 中，a ) 为白酒样品的单脉冲氢谱；b ) 为使用三个频率通道发射三个频 率连续波对h d 0 峰、c h 2 峰和c h 3 峰进行照射饱和后的氢谱，累加次数都为1 6 。 从谱图上，我们不难发现，水蜂和乙醇三重峰( c h 3 ) 、四重蜂( c h 2 ) 得到了有效地 压制，并可以观察到强度小的峰。但是，由于较长时间的照射( 通常为1 3 秒) ， 溶剂峰的相位与其它峰有较明显的差别( 特别是水峰的相位) ，而且对溶剂峰边 上的小峰有影响。 由于白酒样品的c h 2 和c h 3 峰有很强的”c 的卫星峰，所以在饱和照射的 同时需要进行1 3 c 去偶，以消除其1 3 c 卫星峰。实验中分别在不同时间段内进行 了去偶以观察其效果：1 ) 预饱和照射阶段；2 ) 采样阶段；3 ) 整个脉冲序列中。 经实验比较发现，虽然都可以去掉好c 的卫星蜂，但是其它微量组分峰的强度和 峰型受到严重的影响，效果都很差。 a ) 1l 兰j “ 一l h n 一一一一 华东师范大学硕士学位论文 一个通道( 多重选择- 陛激发脉冲) 预饱和方法进行多溶剂峰压制 图4a ) 为白酒样品单脉冲的氨谱；b ) 为使用一个通道，但用多频率选择性 激发的s l p 形状脉冲( 形状是s q u a r e ，强度为1 0 0 ) ，对三个强峰( i - i d o 、c h 2 和c h 3 ) 同时进行预饱和压制的氢谱。谱图上的h d o 峰、c h 2 峰和c h 3 峰得到 了有效地压制，并可以观察到强度小的峰。 在用此方法进行预饱和压制的同时也在不同的时间段进行了n c 去偶，经实 验比较发现，虽然都可以去掉b c 的卫星峰，但是其它微量组分峰的强度和峰型 也受到严重的影响，效果都很差。 98765432 6 图43 0 0k 白酒的氢谱a ) 无多重峰压制；b ) 应用一个通道( 多重选择激发脉 冲) 连续波预饱和方法进行多重峰压制技术 f i g u r e4 1 hs p e c t r ao fw h i t es p i r i ts a m p l eb yu s i n go n ec h a n n e lo f f r e s o n a n c e p r e s a t u r a t i o nm e t h o da t3 0 0k ：a ) w i t h o u ta n db ) 、v i t hm u l t i p l ei n t e n s i v ep e a k s s u p p r e s s i o n 另外，对于多频率选择激发s l p 形状脉冲，由于不同的形状和脉冲宽度所 激发的范围不同，造成对溶剂峰边上的小峰影响程度也不同。基于这样的考虑， 我们测试了一系列不同s l p1 8 0 。脉宽和脉冲形状的1 h 谱：l o o m s 和2 0 0 m s ； s q u a r e ( a m p l i t u d e ：l o o ) 、g a u s s i a n ( t r u n c a t i o n ：4 0 ) 和g a u s s i a n ( t r u n c a t i o n ：w o ) 。 经实验比较发现，最佳的实验条件是脉冲形状：s q u a r e ( a m p l i t u d e ：1 0 0 ) ；脉冲宽 度为2 0 0 m s 。 华东师范大学硬士学位论文 两种方法预饱和方法进行多溶剂峰压制的比较 从谱图上发现，只使用一个通道，用多点激发的形状脉冲，对不同的溶剂蜂 同时进行预饱和照射的方法，也具有峰形畸变问题。但相比多个频率通道的预饱 和方法，压制效果要好得多。但是在实验中，要考虑到脉冲的形状和脉冲的宽度， 以便寻找最佳压制效率。 对于使用多个通道连续波照射的预饱和方法，存在着非均匀性激发，压制水 的共振不理想”，4 、水峰附近的峰受到影响( 低功率的矩形预饱和脉冲没有选择 性) 、且水峰存在色散信号，基线扭曲等缺点。该方法由于与仪器配制的频率通 道数有关，在压制溶剂峰的峰数上具有定的局限性。 预饱和实验属于选择性地激发溶剂峰的实验，并且在激发的过程中逐渐被饱 和。实践证明，使用连续波照射对溶剂峰进行饱和方法，容易操作，实验比较简 单。但是该方法存在峰形畸变缺点。加之射频照射时间长( 通常是几秒) ，对于 涉及化学交换的自旋体系来说，在较长的射频照射时间范围内，化学交换可能会 导致饱和转移，使得本来应该有信号的核看不到信号或者信号变的较弱。当溶剂 峰是水峰时，由于饱和效应的转移使得溶质中与水分子有化学交换的活泼氢峰也 受到了压制。溶剂峰的相位与其它峰不一致，造成了谱图上基线的扭曲，特别是 在二维谱上会产生很多噪声。另外，在进行预饱和实验时，要在压制的同时进行 去偶，但是实验表明，在不同的时间段进行去偶时，对其它微量成份小峰的峰形 有严重的影响，效果都很差。 华东师范大学硕士学位论文 2 4 激发塑型方法 2 4 ，1 引言 激发塑型的方法( e x c i t a t i o ns o u l p t i n g ) 2 s ，是由t s a n g - - l i n h u a n g 等人首先提 出的“，后由d a l v i t 和p a t e l l a z ，“等人在该脉冲序列中引进了多频率激发的s l p 形状脉冲，并对其中的各参数进行了修改和优化，使得该方法更为完善。激发塑 型多溶剂峰压制方法具有下列优点：1 ) 谱图的基线更为平滑、溶荆峰峰宽更窄； 2 ) 压制后的谱线样品信号s n 更好，溶剂峰的相位畸变较小，还可以观察到与溶 剂峰有相对较慢的化学交换的活泼氢信号；3 ) 可适用于弛豫时间较短的样晶体系 等。 激发塑型方法的脉冲序列“如图5 所示，其中；窄和宽( 巾3 、巾1 ) 的矩形脉 ? 申分别表示9 0 。和1 8 06 硬脉冲，由“由2 对应的是针对多个强峰的共振频率进 行选择激发的1 8 0 。s l p 形状脉冲，0 l 、g 2 分别是强度不同的梯度场脉冲。当 产生溶荆蜂的质子是连在碳原子上时，需要在发射s l p 脉冲时对”c 去偶以消 除溶剂的”c 卫星峰。当样品中含有较强的水峰时，可以在弛豫延迟阶段对水峰 进行微弱的预饱和照射。在采样前施加自旋锁定脉冲( s l y ) 是用于如乙醇这样有偶 合裂分的溶剂峰，以消除偶合裂分演化引起的相位误差。 在此序列中( 图5 ) ，梯度场脉冲的宽度为6 0 0 微秒。梯度场脉冲恢复时间 为2 0 0 微秒。所有实验用脉冲序列中的弛豫延迟都为2 秒。梯度场位于z 方向， 最高梯度场强为5 3 4g a u s s e m 。梯度场脉冲形状为：s i n e 。梯度场脉冲g l 、g 2 的强度分别为3 1 、1 1 。 侣c 一一 嗍 凸凸凸凸 b ，g l 屯6 t 2 4 2 激发塑型压制后优化的1 h 谱 图s 多个( 重) 峰压制激发塑性方 法的脉冲序列2 8 f i g u r e5 p u l s es e q u e n c eo f e x c i t a t i o n s c u l p t i n g m e t h o dw i t h m u l t i p l e i n t e n s i v ep e a k s s u p p r e s s i o n 图6 中，a ) 白酒样品的普通氢谱；b ) 运用激发塑型方法压制后的氢谱 华东师范大学硕士学位论文 累加次数都为1 6 。从谱图比较上不难发现，即使把白酒的普通氢谱放大5 1 2 倍 l i a ) li l a 。i i一止 r _ ”1 1 ”t t ”t t ”呵1 ”1 i 一1 ”r 1 1 7 1 一。 ”一1 1 1 一l 98765432 r 图63 0 0k 白酒的氢谱a ) 无多重峰压制；b ) 应用多重峰压制技术。 表示残留的溶剂峰信号 f i g u r e6 hs p e c t r ao f t h e w h i t es p i r i ts a m p l ea t3 0 0k ：a ) w i t h o u ta n d b ) w i t hm u l t i p l ei n t e n s i v ep e a k ss u p p r e s s i o n 。t h ea s t e r i s k si n d i c a t et h e r e s i d u a li n t e n s i v es i g n a l s 也只能看到一两个小峰。丽用激发塑型方法压制后，水峰和乙醇三重峰( c h 3 ) 、 四重峰( c h 2 ) 的高度已被压制到与其它微量成份谱峰相同的数量级，不仅能清晰 地观察到这些小峰，而且良好的基线平整度和极小的谱峰相位差，为各种二维谱 的测试以及对白酒样品中微量成份的化学结构和含量的研究提供了良好的基础。 2 4 3s l p 脉冲宽度和形状的选择 在上述实验中，使用了针对三个强峰的共振频率进行选择性激发s l p 的形 状脉冲。脉冲的脉宽与激发的频率范围呈反比，而脉冲的形状则不仅与激发的频 率范围有关 ，而且还与激发边带的强弱有关4 0 。通常在溶剂峰压制的实验中， 理想的状态是在对溶剂峰进行有效压制的同时，选择的频率范围越窄对溶剂峰 周围其它组分的信号影响越小。基于这样的考虑，我们分别测试了一系列不同的 1 8 0 。s l p 脉宽的1 h 谱( 图7 ) 。 在图7 中，s l p 选择性脉冲的形状都为矩形，僵脉冲的辣宽分别为2 m s 至 1 9 华东师范大学硕士学位论文 7 m s 。观察6 1 0 5 和6 3 5 1 两个强峰附近小峰( 图中用 表示) 的峰高随不同脉宽的 变化表明：1 8 0 。s l p 脉宽小于5 m s 时，小峰同样受到了不同程度的压制而峰高 变低，而5 m s 以上时，对小峰的影响基本消除，为此我们选择了5 m s 的1 8 0 。脉 宽。 7 m s 6 m s 5m s 4m s 3m s 2 m s 5432 1 6 图7 ，不同脉冲宽度的矩形s l p 脉冲时，用图5 脉冲序列测得的一 维氢谱的部分区域。 f i g u r e7 p a r t i a l1 hs p e c t r ar e c o r d e dw i t ht h ep u l s es e q u e n c eo ff i g 5 w i t hd i f f e r e n tp u l s ew i d t h so f t h e r e c t a n g u l a rs l p 运用同样的比较方式，我们在相同脉冲宽度( 5 m s ) 下，分别对s l p1 8 0 。脉 冲选择了以下四种的形状：a ) d ) s q u a r e ( a m p l i t u d e ：1 0 0 ) ，g a u s s i a n ( t r u n c a t i o n l e v e l ：4 0 ) ，s i n e ( n u m b e r o f c y c l e s ：1 ) ，s i n e ( n u m b e r o f c y c l e s ：l ；p h a s e a n g l e ( i n d e g r e e ) ：o ) 。并测试了它们对应的1 h 谱( 图8 ) 。通过观察比较可知：同样是5 m s 脉冲宽度下，对该白酒样品溶剂峰的压制s q u a r e 形状脉冲的效果最好。但是实 验表明，即使不同的形状脉冲，通过优化实验参数( 形状脉冲的脉冲宽度、修正 脉冲的作用时间等) ，也能达到相同的压制效果。 华东师范大学硕士学位论文 竺 川 l i liji 。 1 ， 竺 、 。| l | 、lll 。j 、， “ 竺il hi jh i l u l 、 a ) 一一o l j h i 广r 门1 1 _ t 1 t t t t r t _ t _ r r r _ _ 。r 一一t 呷t t 。r 一。一一1 1 一一1 _ 1 _ t 1 _ 一一一1 广1 54 321 6 图8 ，在相同脉冲宽度，不同s l p 脉冲形下，用图5 脉冲序列测得的一维氢 谱的部分区域。 f i g u r e8p a r t i a l1 hs p e c t r ar e c o r d e dw i t ht h ep u l s es e q u e n c eo ff i g 5 w i t ht h e s a j l l ep u l s ew i d t h so fd i f f e r e ms l p s h a p e s 2 4 4 修整脉) 0 ( t r i mp u l s e ) 作用时间的选择 白酒样品中需要压制的乙醇峰( c h 3 、c h 2 ) 之间存在着j 偶合裂分，由于脉冲 序列中运用了时间较长的s l p 脉冲，这期间j 偶合的演化会引起溶剂峰的相位 差( 信号中既包括吸收信号又包括色散信号) ，造成基线的不平整。在脉冲序列 最后、采样之前加上一个修整脉冲，就是为去掉溶剂峰的这种相位差。实验中在 修整脉冲的射频场强为7 1 4 3 h z 下，我们分别测试作用时间为1 0 m s ，1 5 m s ，2 m s ： 2 5 m s 和3 m s 的1 h 谱( 图9 ) 。观察c h 3 、c h 2 峰的相位可知，修整脉冲的作用 时间为2 5 m s 时效果最好。 华东师范大学硕士学位论文 3 。0 m s 2 5 m s 2 0 i l l s i 5 1 0 ； i山iihlil 且 唑i出。jhljl 。 啦，j山，ll 一， 54321 6 图9 ，在不同修整脉冲宽度下，用图5 脉冲序列测得的一维氢谱的部分 区域。 f i g u r e9 p a r t i a li hs p e c t r ar e c o r d e dw i t ht h ep u l s es e q u e n c eo ff i g 5w i t h d i f f e r e n tp u l s ew i d t h so ft r i mp u l s e 另外，由于c h 3 、c h 2 有很强的1 3 c 卫星峰( 相比白酒中的微量成份) ，所以 要进行1 3 c 去偶。实验比较发现，仅在1 h 的1 8 0 。s l p 脉冲下去偶效果最好。 而在采样阶段、采样前、整个脉冲序列及1 h 的1 8 0 。s l p 脉冲下和采样时同时 去偶效果都很差。不仅白酒中微量成份峰的峰型、强度受到影响，而且c h 3 、 c h 2 的峰型也受到很大影响。 华东师范大学硕士学位论文 2 5 w e t 方法 w e t ( w a t e rs u p p r e s s i o ne n h a n c e dt h r o u g ht 1e f f e c t s ) 溶剂峰压制序列最初由 o 9 9 2 实验小组开发的。后来s m a l l c o m b c “等人对o g g 的脉冲序列进行修改和优 化，使得w e t 压制效果更好、用起来更方便且脉冲使用时间更短。改进后的 唧序列，它使用了4 个可变扳倒角对溶剂选择的射频脉冲( v a r i a b l e t i p a n g l e s o l v e n t - s e l e c t i v er f p u l s e ) 、并结合了3 c 去偶和改进后的c h e s s 梯度场“。可 变尖角射频脉冲序y l j ( p u l s e 仃a i n ) 通过角度选择能有效优化因”差异和曰，磁场不 均匀造成的信号灵敏度下降，因此又称为：孔a n d b 1 o p t i m i z e df o u r - p u l s ew e t s e q u e n c e 3 0 。m o o n e n 等人发现c h e s s 脉冲产生的溶剂信号回波可通过改变梯度 场强度避免”。s l p 脉冲技术在不改变发射机频率的基础上可以同时作用于两个 以上的去共振频率( o f f r e s o n a n c ef r e q u e n c y ) ，引入s l p 脉冲的w e t 就能够同时 对两个以上的溶剂频率进行压制。w e t 还引入s e d u c e 脉冲”，s e d u c e 脉冲 的好处是能在非常短的时间内给出响应。采用”c 去偶可以去掉”c 卫星峰。在 w e t 脉冲序列中，包括一组选择组合读脉冲( c o m p o s i t ep u l s er e a dp u l s e ) ：( 9 0 。x 9 0 。y9 0 。- x9 0 。y ) ”，代替了最初w e t 序列中的最后一个9 0 。( r e c o r d i n gp u l s e ) 脉 冲，主要目的是使谱峰基线更为平滑、残余溶剂峰线宽更窄。z h a n g 等人对该组 合读脉冲作了一定的修改，改进后w e t 序列称为“2 7 0 ”w e t 。与“9 0 ”w e t 相比，“2 7 0 ”w e t 压制后的谱线样品信号s n 更好，且基线要好、峰型畸变 更小。在脉冲序列中“，梯度场脉冲的宽度为2 毫秒。梯度场脉冲恢复时间为2 毫秒。所有实验用脉冲序列中的弛豫延迟都为2 秒。梯度场脉冲形状为：s i n e 。 梯度场脉冲g 1 、g 2 、g 3 、g 4 的强度分别为：8 0 、4 0 、2 0 、1 0 。 ，hn 血血血唧陟一 图1 0 ，w e t 脉冲序列。 f i g u r e10 w e tp u l s es e q u e n c e 改进后的w e t 脉冲序列3 0 如图1 0 所示。在该序列中，4 个可变对于溶剂选 择射频w e t 形状脉冲的扳倒角分别为：8 1 4 。、1 0 1 4 。、6 9 3 。和1 6 1 0 。 在s l p 形状脉冲下进行选择性1 3 c 去偶。组合读脉冲的相位分别为：x 、y 、一x 、 华东师范大学硕士学位论文 2 5 1w e t 方法压制后优化的1 h 谱的比较 图1 1 中，a ) 白酒样品的普通氢谱；b ) 运用w e t 方法压制后白酒的氢谱， 累加次数都为1 6 。从谱图比较上不难发现，即使把白酒的普通氢谱放大5 1 2 倍 5 1 2 9876 54321 6 图1 1 3 0 0 k 白酒的氢谱a ) 无多重峰压制；b ) 应用多重峰压制技术。 f i g u r e11 1 hs p e c t t ao f t h ew h i t es p i r hs a m p l ea t3 0 0k ：a ) w i t h o u ta n db ) w i t h m u l t i p l ei n t e n s i v ep e a k ss u p p r e s s i o n 也只能看到一两个小峰。用w e t 压制后，水峰和乙醇三重峰( c h 3 ) 、四重峰( c h 2 ) 的高度已被压制到与其