NMR

NMR（Nuclear Magnetic Resonance）為核磁共振。是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支，其共振頻率在射頻波段，相應的躍遷是核自旋在核塞曼能級上的躍遷。

基本介紹

• 中文名：核磁共振
• 外文名：Nuclear Magnetic Resonance
• 簡稱：NMR
• 適合於：液體、固體。如今的高分辨技術

基本原理

自旋量子數I不為零的核與外磁場H0相互作用，使核能級發生2I+1重分裂，此為塞曼分裂。 核磁共振是1946年由美國史丹福大學布洛赫(F.Block)和哈佛大學珀賽爾(E.M.Purcell)各自獨立發現的，兩人因此獲得1952年諾貝爾物理學獎。50多年來，核磁共振已形成為一門有完整理論的新學科。

套用

核磁共振適合於液體、固體。如今的高分辨技術，還將核磁用於了半固體及微量樣品的研究。核磁譜圖已經從過去的一維譜圖（1D）發展到如今的二維（2D）、三維（3D）甚至四維（4D）譜圖，陳舊的實驗方法被放棄，新的實驗方法迅速發展，它們將分子結構和分子間的關係表現得更加清晰。

在世界的許多大學、研究機構和企業集團，都可以聽到核磁共振這個名詞，包括我們在日常生活中熟悉的大集團。而且它在化工、石油、橡膠、建材、食品、冶金、地質、國防、環保、紡織及其它工業部門用途日益廣泛。

在中國，其套用主要在基礎研究方面，企業和商業套用普及率不高，主要原因是產品開發不夠、使用成本較高。但在石油化工、醫療診斷方法套用較多。

發展動向

20世紀後半葉，NMR技術和儀器發展十分快速，從永磁到超導，從60MHz到800MHz的NMR譜儀磁體的磁場差不多每五年提高一點五倍，這是被NMR在有機結構分析和醫療診斷上特有功能所促進的。現在有機化學研究中NMR已經成為分析常規測試手段，同樣，在醫療上MRI（核磁共振成像儀器）亦成為某些疾病的診斷手段。NMR在21世紀的發展動向為以下幾個方面。

（1）提高磁體的磁場強度 預期21世紀將會出現大於1000MHz的NMR 譜儀，這將使生物大分子的結構研究有重大突破。

（2）發展三維核磁共振技術（3D-NMR） 隨著NMR譜在生物大分子結構分析中的套用，NMR技術所提供的結構信息的數量和複雜性呈幾何級數增加。對三維空間的構象和大分子與小分子（或小分析與小分子）之間的相互作用等，二維核磁共振(2D-NMR)已顯得無能為力了，因此要發展分子建模技術，利用NOE所提供的分子中質子間的距離信息來計算三維空間結構。

（3）固體NMR和NMR成像技術 在這生命科學、生物醫學和材料學中將是至關重要的，將會在分子結構特徵和動態特徵研究方面有所突破。

基本原理

二維核磁共振譜的出現和發展，是近代核磁共振波譜學的最重要的里程碑。極大地方便了核磁共振的譜圖解析。

二維核磁共振譜是有兩個時間變數，經兩次傅立葉變換得到的兩個獨立的頻率變數圖一般把第二個時間變數t2表示採樣時間，第一個時間變數t1則是與 t2無關的獨立變數，是脈衝序列中的某一個變化的時間間隔。

二維核磁共振譜的特點是將化學位移、耦合常數等核磁共振參數展開在二維平面上，這樣在一維譜中重疊在一個頻率坐標軸上的信號分別在兩個獨立的頻率坐標軸上展開，這樣不僅減少了譜線的擁擠和重疊，而且提供了自旋核之間相互作用的信息。這些對推斷一維核磁共振譜圖中難以解析的複雜化合物結構具有重要作用。

劃分區域

一個二維核磁共振試驗的脈衝序列一般可劃分為下列幾個區域：

預備期(preraration)—演化期 t1 ( evolution)—混合期tm (mixing)—檢測期t2(detection)。檢測期完全對應於一維核磁共振的檢測期，在對時間域t2進行Fourier變換後得到F2頻率域的頻率譜。二維核磁共振的關鍵是引入了第二個時間變數演化期 t1。當樣品中核自旋被激發後，它以確定頻率進動，並且這種進動將延續相當一段時間。在這個意義上講，我們可以把核自旋體系看成有記憶能力的體系，Jeener就是利用這種記憶能力，通過檢測期間接演化期中核自旋的行為。即在演化期內用固定的時間增量△t1進行一系列實驗，每一個△t產生一個單獨的FID,在檢測期t2被檢測，得到Ni個FID。這裡每個FID所用的脈衝序列完全相同，只是演化期內的延遲時間逐漸增加。這樣獲得的信號是兩個時間變數t1 和t2 的函式S，對每個這樣的FID作通常的Fourier變換可得到Ni個在頻率域F2 中的頻率譜 S（t1，F2 ）對不同的△t1增量它們的頻率譜的強度和相位不同，在F2 域的每一個化學位移從Ni個不同的鋪中的鋪中得到Ni個不同的數據點，它們組成了一個在t1方向的“準FID”或干涉圖。為了便於觀察，將F2 對t1的數據矩陣旋轉900，使t變為水平軸，三個不同頻率f1、f2 和f3 的這種干涉圖，它顯示了t1 的波動。然後在對 作第二個Fourier 變換，就得到了依賴於兩個頻率的二維譜S(F1，F2)。