核磁共振波谱仪

1、环境091赵远20090534126谈核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪是利用不同元素原子核性质的差异分析物质的磁学式分析仪器。这种仪器广泛用于化合物的结构测定，定量分析和动物学研究等方面。它与紫外、红外、质谱和元素分析等技术配合，是研究测定有机和无机化合物的重要工具。半数以上的元素的原子核除具有电荷和质量外还能自旋。由于原子核是带正电荷的粒子，它自旋就会产生一个小磁场。具有自旋的原子核处于一个均匀的固定磁场中，它们就会发生相互作用，结果会使原子核的自旋轴沿磁场中的环形轨道运动，这种运动称为进动。自旋核的进动频率30与外加磁场强度H0成正比，即30=丫H0,式中丫为旋磁比，是一个以不同原子核为特征的

2、常数，不同的原子核各有其固有的旋磁比丫，这是利用核磁共振波谱仪进行定性分析的依据。可以看出，如果自旋核处于一个磁场强度H0的固定磁场中，设法测出其进动频率30,就可以求出旋磁比丫，从而达到定性分析的目的。同时，还可以保持30不变,测量H0,求出丫，实现定性分析。核磁共振波谱仪就是在这一基础上，利用核磁共振的原理进行测量的。如果有一束频率为3的电磁辐射照射自旋核，当3=30时，则自旋核将吸收其辐射能而产生共振，即所谓核磁共振。吸收能量的大小取决于核的多少。这一事实，除为测量丫提供途径外，也为定量分析提供了根据。具体的实现方法是：在固定磁场H0上附加一个可变的磁场。两者叠加的结果使有效磁场在一定范

3、围内变化，即H0在一定范围内可变。另置一能量和频率稳定的射频源，它的电磁辐射照射在处于磁场中的样品上，并用射频接收器测量经样品吸收后的射频辐射能。在样品无吸收时，则接收的能量为一定值；如果有吸收，就会给出一个能量吸收信号。但吸收的条件必须是射频的频率3=30。射频的频率是固定的，要使具有不同丫值的不同原子核都能吸收辐射能，就只有改变H0,使不同的自旋核在相应的某一特定的H0时具有相同的并与射频频率相等的进动频率，即3=30。这样，不同的自旋核都可以在某一特征的磁场强度下吸收射频辐射能而产生核磁共振。因此，用改变磁场强度的方法进行扫描，接收器就可以给出一系列的以磁场强度(实际上是以旋磁比)为特征

4、的吸收信号。以磁场强度为横坐标，以吸收能量为纵坐标绘出的曲线就是核磁共振波谱图。核磁共振波谱仪主要由5个部分组成。磁铁：它的作用是提供一个稳定的高强度磁场，即H0O扫描发生器：在一对磁极上绕制的一组磁场扫描线圈，用以产生一个附加的可变磁场，叠加在固定磁场上，使有效磁场强度可变，以实现磁场强度扫描。射频振荡器：它提供一束固定频率的电磁辐射，用以照射样品。吸收信号检测器和记录仪：检测器的接收线圈绕在试样管周围。当某种核的进动频率与射频频率匹配而吸收射频能量产生核磁共振时，便会产生一信号。记录仪自动描记图谱，即核磁共振波谱。试样管：直径为数毫米的玻璃管，样品装在其中，固定在磁场中的某一确定位置。整个

5、试样探头是迅速旋转的，以减少磁场不均匀的影响。核磁共振谱仪的共振频率是根据1H的频率来命名的，1H共振频率=42.57708XHo(MHz)其中Ho为磁场强度，单位为T（特斯拉）。例如，当磁场强度为4.7T时，共振频率就是200MHz目前，一种低分辨、低磁场强度（2-65MHZ）、结构简易的小型核磁共振谱仪，通常通过测量质子的不同的核磁共振参数，对被测样品进行成分或性能分析；商用的高场谱仪为200-950MHz；1G（即1000MHZ）的谱仪已经研制出，但尚未商用。核磁共振波谱仪又分为连续波核磁共振波谱仪和脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪。其最简单的方式就是固定电磁波频率，连续扫描静磁感强度来实现

6、。当然也可以固定静磁感强度，连续改变电磁波频率。但不论上述中的哪一种，都称为连续扫描方式，以这样方式工作的谱仪称为连续波谱仪。这样的谱仪有很多缺点：效率低，采样慢，难于累加，更不能实现核磁共振的新技术，因此连续波谱仪已被取代为脉冲-傅里叶变换核磁共振波谱仪。所有傅里叶变换分析仪器都有共同点：首先是在一个很短的时间内激发所有的检测对象，使它们都产生相应的信号；其次是计算机把所有检测对象同时产生的信号（我们称为时域信号，因其变量为时间）转换为按频率分布的信号，即我们所熟悉的频谱。对傅里叶变换核磁共振波谱来说，首先就要使不同基团的核同时共振，同时产生各自的核磁共振信号。为达到这点，我们在某一时刻对样品应加一个相当宽的频谱的射频。频率为f。的连续、等幅的射频波，一旦受到一个脉冲方波序列的调制之后，实际上包含了多个分立的射频分量（这是一个傅里叶分解的问题）。我们可以这样来理解，连续波谱仪在任一瞬间最多只有一种原子核共振，而现在，几微秒的时间间隔之内，所有的原子核（指所观测的但处于不同官能团的某种同位素）都要共振，它们吸收的能量都来自脉冲，因而脉冲需有足够强度。在连续波谱仪中，射频强度是10-6T数量级，而在傅里叶变换谱仪中是几到几十10-4T数量级。采用脉冲-傅里叶变换仪器可方