基本介紹
- 中文名:核磁共振波譜學
- 外文名:nuclear magnetic resonance spectroscopy
- 特徵:研究物質的性態、結構和運動
原理
類型
脈衝傅立葉變換核磁共振(FT–NMR)是指用一定寬度的強而短的射頻脈衝輻射樣品,使樣品中所有被觀察的核同時被激發,產生一個時間域的回響函式,稱為自由感應衰減(FID)信號。用計算機對它進行傅立葉變換,仍可得到普通的頻率域核磁共振譜。據此原理製造的儀器叫作傅立葉變換核磁共振譜儀。該譜儀適合於對同位素豐度低的核(如13C核)進行累加實驗,測量時間可大大縮短。傅立葉變換核磁共振譜儀使多維核磁共振試驗成為可能。
通常說的核磁共振譜儀是指高分辨譜儀,亦是使用最普遍的儀器。20世紀70年代出現了超導磁鐵強磁場核磁共振譜儀,大大提高了儀器靈敏度,在生物學領域得到了廣泛的套用。
溶液中分子有許多運動自由度,因此觀測的NMR譜通常是分子運動平均了的高分辨的各向同性高分辨譜。液體高分辨NMR是NMR波譜學套用最早、範圍最廣泛的技術。固體中的分子缺乏運動自由度,相鄰核間以及核與周圍環境間的相互作用就突現出來,使得強磁場下的NMR譜具有很強的各向異性,導致觀測譜線的嚴重展寬。使用魔角旋轉技術或多脈衝技術壓制固體中核間的相互作用,可獲得固體高分辨NMR譜。魔角旋轉技術是使測量樣品在與磁場方向成魔角(54.7°)的軸旋轉,當旋轉速率大於各種核相互作用時,所觀測的譜就是分子的各向同性高分辨譜。多脈衝技術是利用一系列的強的射頻脈衝產生核自選的運動,最終達到選擇性抑制核自選相互作用的目的。
套用
②分子中不等價原子的位置的相互關係。這包括鍵長、鍵角及原子團簇的信息。這些信息主要包括在自旋耦合常數、偶極耦合常數、弛豫速度等NMR參數中。
③動力學信息。NMR可研究分子及分子內從納秒到秒級的運動,如分子內旋轉、化學交換、氫鍵、分子間的相互作用等。
核磁共振波譜學已經成為最成功的分析技術,套用範圍包括化學的每一個分支學科。二維和多維NMR波譜學的創立使NMR研究領域進一步擴展到分子生物學,出現了新的學科分支——生物核磁共振波譜學。1991年諾貝爾化學獎授予R.恩斯特,表彰他在核磁共振波譜學實現和發展傅立葉變換、多維技術的貢獻。2002年的諾貝爾化學獎授予K.維特里希,表彰他用多維NMR波譜學在測定溶液中蛋白質結構的三維構像方面的開創性貢獻。