[核磁共振波谱学讲义]第三章—nmr实验技术基础(4脉冲技术).docx

第三章 NMR实验技术基础4 脉冲技术a 频偏效应(off-resonance effects)由于射频场为单色波，而样品中的化学位移有一定的范围，因此不同的核感受到的有效场也不同。(1) 脉冲作用对象为Z磁化向量在off-resonance状态，相位y的脉冲作用于平衡态的z磁化向量后：当频偏大时有明显的相位及强度的畸变：这个式子适合于分析相位与频偏的关系。当频偏不大于射频场频率时，90度脉冲后的水平分量的相位与频偏基本上是线性关系，因此不太大的频偏下，实际的90度脉冲可以当成理想的90度脉冲，后跟一段演化期，时间长度为相比之下，有频偏时180度脉冲的效果要差的多，通常需要其他技术来弥补。90度脉冲的激发曲线的第一个零点位于180度脉冲的激发曲线的第一个零点位于如蛋白质中C的化学位移平均在56ppm左右,而CO的化学位移在174ppm左右，若要激发其中之一同时对另一个影响最小，180度方波的功率应选择为,对应的脉冲宽度大约58.4s.(2) 脉冲作用对象为水平磁化向量(nonresonant effects)频偏较大时射频场的有效磁场接近Z向，因此横向磁化向量在脉冲期间绕Z轴有额外的进动，产生相移：此处对脉冲串作平均，在多维谱中当p随间接维时间变化时（如去偶序列），这个相移在对应的间接维中表现为一个频移该图显示的是脉冲宽度58.4s的180度脉冲对横向磁化产生的额外相移。b 组合脉冲(composite pulse)一般脉冲都受频偏，射频场不均匀等的影响，特别是180度脉冲。利用几个脉冲组合在一起，完成一个所需的旋转，就是组合脉冲。其设计多样，目的不尽相同。其效果往往同初始状态有关。作用于Z向的180度脉冲最简单的可用90x180y90x代替。效果见图3.20(p.140)c 自旋去偶在异核实验中，一个核的演化过程中另一个核加连续波照射，可产生去偶效应，但所需的功率太大。而在一个回波序列中若仅有一个核加180脉冲而与其有J偶合的另一核不加脉冲，则在回波点上J偶合不起作用，但回波期间仍起作用。若将整个期间分成许多短的回波序列，J偶合起作用的时间相对减少，极限情况下，一连串180脉冲期间，J偶合起作用的时间更少，这时就起到自旋去偶的作用。由于180脉冲的性能不佳，通常用组合脉冲来代替180脉冲。并加上各种循环使其效果更好。若R代表180度组合脉冲，代表这个组合脉冲中所有脉冲的相位均反转的结果，下面的超循环产生更好的效果：(1) WALTZ系列，基本单元是90x180-x270x,记为如WALTZ-16:(2) GARP序列，更多的组合脉冲去偶要靠computer optimizationGARP序列由组成，其中R为：30.5 055.2 180257.8 0268.3 18069.3 062.2 18085.0 091.8 180134.5 0256.1 18066.4 045.9 18025.5 072.7 180119.5 0138.2 180258.4 064.9 18070.9 077.2 18098.2 0133.6 180255.9 065.5 18053.4 0d 选择脉冲在许多核磁实验中需要选择激发或选择抑制技术。最简单的选择脉冲是低功率的方波（软脉冲）：图中可见，方波激发有效范围大约,缺点在于激发有相当的边带。核磁谱仪的发展是引入成形脉冲发生器，将一个脉冲分成几百甚至几千个方波脉冲，每步的强度及相位均可控制，这样可以产生不同的激发曲线。但直至今日，要产生完全理想的选择激发仍是非常困难的。图中可见，Gauss成形脉冲的选择性较方波好，但相位受频偏的影响较大。此图仍然是同一个Gauss成形脉冲，但每个小脉冲的相位加一个线性变化，其激发曲线的形状不变，但激发峰点移动。参见图3.23-3.25(pp.147-149)此图显示的是一种所谓绝热脉冲的形状，其特征是相位迅速变化，而且是非线性的，因此射频激发的瞬间频率从激发谱的一端扫描到另一端，在脉冲作用期间，一个核感受到的有效场矢量从Z向转向－Z向，其扫描速度慢于核磁矩绕有效场的进动频率即所谓绝热条件，在这种情况下，核磁矩与有效场矢量同步地运动，也从Z向转向－Z向，而受频偏的影响很小，所以作为180度宽带选择脉冲是非常理想的。由图中可见其激发频谱非常宽而且边界变化快。最近几年对绝热脉冲的研究相当多，不断有新的脉冲形状被设计出来。5 水峰抑制技术生物样品如蛋白质和核酸的核磁实验通常要在水中进行，因为生理环境是水溶液。而水的浓度达110M，因而水峰信号的抑制成为实验成功的一个关键。水峰信号的特点：a 强度大，较一般生物样品高出4－5个数量级，导致ADC饱和b 水的强信号有一个新的现象，即radiation damping:水的横向磁化向量在探头的