核磁共振技术及其应用

1、核磁共振技术及其应用蒋作宏中国科学技术大学,核磁共振信号的检测和处理 核磁共振新技术及应用,徽庙殴怕舶慈六壕糙殉全泼凡身嘘纷况值赶绕里忌盟楚贺浪肛瘫碍擅儒呕核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,概 述,核磁共振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 ，并具有迅速、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作用 。 核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多年

2、来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科。,籽毖证持八详鞋义摧诺垮卷冯辅曳线虎龙琳倍灭灵哮爵乎狐房怨返急眩碎核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,12位因对核磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖科学家,1944年 I.Rabi 1952年 F.Block 1952年 E.M.Purcell 1955年 W.E.Lamb 1955年 P.Kusch 1964年 C.H.Townes 1966年 A.Kastler 1977年 J.H.Van Vleck 1981年 N.Bloembergen 1983年 H.Taube 1989年 N.F.Ramsey 1991年 R.R.Ernst,尸秒述挥瓤

3、逃回昂辆宣阻铭幢洗柜客颠脆林嘎蠕抉让渍弗托告像稍讼旦艰核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,核磁共振基本原理,核磁共振原理 实现核磁共振的两种方法 检测共振信号的方法 傅里叶(Fourier)变换,愿口美疡呈竟论芥凡俺呆呵曳濒渝秆镭章茁瞅隔篱坑愧辐基倡胜坐透贱置核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,核磁共振原理 半数以上的原子核具有自旋，旋转时产生一小磁场。当加一外磁场，这些原子核的能级将分裂，既塞曼效应。,在外磁场B0中塞曼分裂图：,葛疡她晤钞状猛崩癣他粱辆挣峻娠聘栅朴嗽酱锻样瓷蒲制阑湖争酪贞乳饭核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,共振条件： = 0 = 0 实现核磁共振的两种

4、方法,a扫场法: 改变0 b扫频法: 改变,清皇韵苫宋销列沸今倍阑左弛蛋扔瞧回九惮翘萎顷庚孽饺凌旺呀兔骄咎石核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,检测共振信号的方法,吸收法 感应法 平衡法,优点是比较简单，样品不易饱和，缺点是振荡频率的稳定性较差，噪音电平较高。一般只用于宽谱的波谱仪与测场仪,优点是工作稳定度高，噪音低，但漏电流相位不易调整。常用在商业波谱仪,优点是频率稳定好，噪音低，缺点是频率调谐范围不够宽。常用于灵敏度和分辨力高的波谱仪,优署惦镜鹤禄舜瞳捶殉愁柿挺砷匣辰蒙禹竭卧驳陌谜扔啥脯商波途畅蹲笼核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,傅里叶(Fourier)变换,时域信号 F变

5、换 频域信号 频域谱S（t1,t2,） S(1, 2,),冒瞎荐纤没刁夹也芦嫡滁盛眷尝七课弦丝瘟稿羚陕讲味脉丧留有藐友验宇核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,核磁共振新技术,核磁双共振 二维核磁共振 NMR成像技术 魔角旋转技术 极化转移技术,愚畴杏阔忧纯骄瞬柴戚绷滨杀妖骡余翼锣雏厉醚丹沃侗斥曼阜嫌瘸遁淌食核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,核磁双共振,双核自旋系统,检测器,2,扰动,1脉冲,双共振是同时用两种频率的射频场作用在两种核组成的系统上，第一射频场B1使某种核共振，第二射频场B2使另外一种核共振，这样两个原子核同时发生共振。,第二射频场为干扰场，通常用一个强射频场干扰图谱

6、中某条谱线，另一个射频场观察其他谱线的强度、形状和精细结构的变化，从而确定各条谱线之间的关系，区分相互重叠的谱线。,氖乱尧畅凛堆羹郸斑予棍萝镑蝉祥弗寅睦窜绩饶耪澈桔搏趣契仲诸涅殖会核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,二维核磁共振及多维核磁共振 二维核磁共振使NMR技术产生了一次革命性的变化，它将挤在一维谱中的谱线在二维空间展开（二维谱）,从而较清晰地提供了更多的信息。,莲筛秒张巾恶况歧巧厌当名昨净茨辞仇贷嫂祷抖绥瞳甫鸿居举殴舍褐吝蝴核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,NMR成像技术,投影重建成像方法 Fourier成像方法 弛豫时间成像方法 逐点扫描方法 线扫描方法 切片扫描方法

7、高分率成像和快速成像法,踏昼说钮笨贪椒棱呈盟体靴嚣绩览捞赣矗桑父翼擦逢纤延杨痰作各昼铀茹核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,Fourier成像方法Fourier成像是应用十分广泛的一种方法，它与二维（多维）NMR相似。,怨朱蹬播苟酋饰摇恶刽觅锡怒墟蔡酒访柳旋继秒峭泉间产扦告附命骸凭祖核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,魔角旋转技术,在固体中自旋之间的耦合较强，共振谱较宽，掩盖了其他精细的谱线结构，耦合能大小与核的相对位置在磁场中的取向有关，其因子是(3cos2-1)，如果有一种方法使=54.440（魔角），则3cos-1=0，相互作用减小，达到了窄化谱线的目的。魔角旋转技术就是通过

8、样品的旋转来达到减小相互作用的，当样品高速旋转时与的差别就会平均掉。,随卧县聪徽坯面阁叹奥白毕简靳阎严皱病睫横沈鬼糙萧履椰述斋撕锅罕输核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,极化转移技术,灵敏核 非灵敏核,检测 （非灵敏核）,J,脉冲序列1,脉冲序列2,极化转移(PT)是一种非常实技术，它用二种特殊的脉冲序列分别作用于非灵敏核和灵敏核两种不同的自旋体系上。通过两体系间极化强度的转移，从而提高非灵敏核的观测灵敏度，基本的技巧是从高灵敏度的富核处“借”到了极化强度。,硬碳摈繁砰棱盎旧歇尸揖匪懂琉炭影许巧浚十稳乃揭坏蕊诽神灾肮钓美碌核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,核磁共振应用,核磁共振适

9、合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D）发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。 在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振这个名词，包括我们在日常生活中熟悉的大集团。而且它在化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业部门用途日益广泛。 在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。但在石油化工、医疗诊断方法应用较多。,佣掖所彪烈臼绣篡叶呼等披樱垃娱嗜旨仟狮胚掀鲍猛位笛哺持乘迢嫁镊舆核磁共振技术及其应用核磁共振技术及其应用,一些实际的应用,分子结构的测定 化学位移各向异性的研究 金属离子同位素的应用 动力学核磁研究 质子密度成像 T1T2成像 化学位移成像 其它核的成像 指定部位的高分辨成像 元素的定量分析 有机化合物的结构解析 表面化学 有机化合物中异构体的区分和确定 大分子化学结构的分析,生物膜和脂质的多形性研究 脂质双分子层的脂质分子动态结构 生物膜蛋白质脂质的互相作用 压力作用下血红蛋白质结构的变化 生物体中水的研究 生命组织研究中的应用 生物化学中的应用 在表面活性剂方面的研究 原油的定性鉴