核磁共振的原理及其應用發(fā)展

1、核磁共振的原理及其應用發(fā)展核磁共振的原理及其應用發(fā)展摘要:核磁共振是能夠深入到物質內部而不破壞被測量對象的一種分析物質構造的現代技術，它通過利用原子核在磁場中的能量變化來獲得關于原子核的信息，具有迅速、準確、分辨率高等優(yōu)點，因而在科研和生產中獲得了廣泛的應用。本文主要介紹了核磁共振技術的基本原理，以及核磁共振在化學化工、生物化學、醫(yī)藥等方面的應用，并指出核磁共振波譜技術將成為21世紀一個異常廣闊的譜學研究領域.關鍵詞關鍵詞：核磁共振；N

2、MR譜儀引言引言核磁共振(NuclearMagicResonance，NMR)波譜學是一門發(fā)展非常迅速的科學。核磁共振是根據有磁的原子核，在磁場的作用下會引起能級分裂，若有相應的射頻磁場作用時，在核能級之間將引起共振躍遷，從而得到化學結構信息的一門新技術。最早于1946年由哈佛大學的伯塞爾(E.M.Purcell)和斯坦福大學的布洛赫(F.Bloch)等人用實驗所證實[1]。兩人由此共同分享了1952年諾貝爾物理學獎[2]。核磁共振技術

3、可以提供分子的化學結構和分子動力學的信息，已成為分子結構解析以及物質理化性質表征的常規(guī)技術手段[3]，在物理、化學、生物、醫(yī)藥、食品等領域得到廣泛應用，在化學中更是常規(guī)分析不可少的手段。從70年代開始，在磁共振頻譜學和計算機斷層技術等基礎上，又發(fā)展起一項嶄新的醫(yī)學診斷技術，即核磁共振成像技術，并在醫(yī)學臨床上獲得巨大成功。本文主要介紹了核磁共振技術及其在化學領域的應用進展。1.核磁共振原理核磁共振原理泡利(W.Pauli)在1924年首先

4、提出原子核具有磁矩，并認為核磁矩與其本身的自旋運動相聯系，用此理論成功地解釋了原子光譜的超精細結構[4]。核磁矩μ與核自旋角動量L之間的關系為：美國科學家發(fā)現，將具有奇數個核子(包括質子和中子)的原子核置于磁場中，再施加以特定頻率的射頻場，就會發(fā)現原子核吸收射頻場能量的現象，這就是人們最初對核磁共振現象的認識。1964年后，核磁共振譜儀經歷兩次重大的技術革命，其一是磁場超導化其二是脈沖傅立葉變換技術。從根本上提高了核磁共振波譜儀的靈敏度

5、，同時譜儀的結構也有了很大的變化。1964年美國Varian公司研制出世界上第一臺超導磁場的核磁共振譜儀(HR—200型，200MHZ，場強474T)。2004年布魯克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振領域的900MHz主動屏蔽式超導核磁共振磁體產品—900US2TMmag，是當時最高場強的主動屏蔽式磁體產品。2002年北京大學安裝成功的由世界最大的波譜磁體生產廠家布魯克公司提供的中國首臺800MHz核磁共振儀填補了國內超高

6、場譜儀的空白，也使北大成為世界上具有重要影響的超高場新用戶。2.1二維核磁共振技術二維核磁共振技術1971年，Jeener首先提出了二維核磁概念。80年代，Ernst小組詳細分析了二維實驗，全面系統論述了二維核磁共振原理。后經Ernst和Freeman等小組的卓越工作，使二維核磁共振成為常規(guī)實驗。因此，Ernst獲得了諾貝爾化學獎?，F在，二維核磁共振技術已被廣泛應用于復雜生物大分子的研究，尤其對于那些分子量不太大的物質(M小于10kd)

7、，高分辨核磁技術給出的結構，可與X射線衍射相媲美。隨著核磁共振儀兆數的提高，分辨率的增加，以及標記技術的發(fā)展，大分子量的蛋白結構也能用核磁共振技術確定。新興起的三維核磁共振(3DNMR)技術也開始應用于生物分子的研究，有人用13C，15N，2H標記的三維核磁共振研究了分子量小于40kd的蛋白質。美中不足的是，三維核磁共振實驗需時長，且蛋白質標記過程復雜，一定程度上限制了三維核磁共振技術的廣泛應用。2.2固體高分辨核磁共振固體高分辨核磁共