02_核磁共振波谱仪.ppt

* 第二节： 核磁共振波谱仪与实验方法 一、仪器原理及组成 我们知道，实现NMR即满足核跃迁的条件是： △E（核跃迁能）= △E，（辐射能） 即 2μB0 = h v 实现核磁共振的方法，只有以下两种： （1）B0不变，改变v 方法是将样品置于强度固定的外加磁场中，并逐步改变照射用电磁辐射的频率，直至引起共振为止，这种方法叫扫频（frequency sweep）。 （2）v不变，改变B0 方法是将样品用固定电磁辐射进行照射，并缓缓改变外加磁场的强度，达到引起共振为止。这种方法叫扫场（field sweep）。 通常，在实验条件下实现NMR多用2法。 按产生磁场的来源不同 永久磁铁 电磁铁 超导磁体 按照射频率不同分为：60MHz，100MHz，200MHz， 300MHz，500MHz。 按射频照射方式不同 连续波核磁共振谱仪（CW-NMR） 脉冲傅里叶交换核磁共振谱仪 （PFT-NMR） 核磁共振波谱仪主要由磁铁、射频振荡器、射频接收器等组成 一、连续波核磁共振谱仪（CW-NMR） 1、磁体 提供一个强的稳定均匀的外磁场。 2、射频发生器（射频振荡器） 产生一个与外磁场强度相匹配的射频频率，提供能量使磁核从低能级跃迁到高能级。 3、射频接收器 接收核磁共振的射频信号，并传送到放大器放大。 4、探头：置于磁体的磁极之间。 5、扫描单元：控制扫描速度、扫描范围等参数。 CW-NMR仪器组成示意图 （1）磁铁 可以是永久磁铁，也可以是电磁铁，前者稳定性好。磁场要求在足够大的范围内十分均匀。当磁场强度为1.409T时，其不均匀性应小于六千万分之一。这个要求很高，即使细心加工也极难达到。因此在磁铁上备有特殊的绕组，以抵消磁场的不均匀性。磁铁上还备有扫描线圈，可以连续改变磁场强度的百万分之十几。可在射频振荡器的频率固定时，改变磁场强度，进行扫描。 由永久磁铁和电磁铁获得的磁场一般不能超过2.4T，这相应于氢核的共振频率为100MHz。对于200MHz以上高频谱仪采用超导磁体。由含铌合金丝缠绕的超导线圈完全浸泡在液氦中间，对超导线圈缓慢地通入电流，当超导线圈中的电流达到额定值（即产生额定的磁场强度时），使线圈的两接头闭合，只要液氦始终浸泡线圈，含铌合金在此温度下的超导性则使电流一直维持下去。使用超导磁体，可获得10~17.5T的磁场，其相应的氢核共振频率为400~750 MHz。 （2）射频振荡器 射频振荡器就是用于产生射频，NMR仪通常采用恒温下石英晶体振荡器。射频振荡器的线圈垂直于磁场，产生与磁场强度相适应的射频振荡。一般情况下，射频频率是固定的，振荡器发生60MHz（对于1.409T磁场）或100MHz（对于2.350T磁场）的电磁波只对氢核进行核磁共振测定。要测定其它的核，如19F，13C，11B，则要用其它频率的振荡器。 （3）射频接收器 射频接收器线圈在试样管的周围，并于振荡器线圈和扫描线圈相垂直，当射频振荡器发生的频率v0与磁场强度B0达到前述特定组合时，放置在磁场和射频线圈中间的试样就要发生共振而吸收能量，这个能量的吸收情况为射频接收器所检出，通过放大后记录下来。所以核磁共振波谱仪测量的是共振吸收。 （4）探头 样品探头是一种用来使样品管保持在磁场中某一固定位置的器件，探头中不仅包含样品管，而且包括扫描线圈和接收线圈，以保证测量条件一致。为了避免扫描线圈与接收线圈相互干扰，两线圈垂直放置并采取措施防止磁场的干扰。 仪器中还备有积分仪，能自动划出积分曲线，以指出各组共振峰的面积。 NMR仪其工作过程，将样品管（内装待测的样品溶液）放置在磁铁两极间的狭缝中，并以一定的速度（如50~60周/s）旋转，使样品受到均匀的磁场强度作用。射频振荡器的线圈在样品管外，向样品发射固定频率（如100MHz、200MHz）的电磁波。安装在探头中的射频接收线圈探测核磁共振时的吸收信号。由扫描发生器线圈连续改变磁场强度，由低场至高场扫描，在扫描过程中，样品中不同化学环境的同类磁核，相继满足共振条件，产生共振吸收，接受器和记录系统就会把吸收信号经放大并记录成核磁共振图谱。 * * *