核磁共振仪器介绍.ppt

核磁共振波谱仪 姓名 徐卫珍学号 1703183030专业 分析化学 核磁共振波谱仪的原理 发展历程 基本分类与组成 连续波和脉冲波谱仪 仪器介绍 主要内容 1 核磁共振波谱仪原理 NMR是指在静磁场中的物质的原子核系统受到相应频率的电磁波的作用时 在它们的磁极之间发生的共振跃迁现象 1 核磁共振谱仪正是用来检测固定能级状态之间电磁跃迁的设备 原子核进动频率与外加磁场的关系是 W0 0 2 v0 磁旋比 是原子核所特有特征 1964年 1971年 1979 1991年 1953年 世界上第一台NMR谱仪由美国瓦里安公司研制成功 B 0 7T V 30MHz 日本 JEOL 公司生产出世界上第一台脉冲傅里叶变换NMR谱仪 B 2 35T V 100MHz 德国布鲁克公司推出全数字化NMR谱仪 美国瓦里安公司研制出世界第一台超导NMR谱仪 B 4 7T V 200MHz 德国布鲁克公司分别率先推出500 600 750MHz超导谱仪 瓦里安公司推出了数字化 智能化程度更高的VarianNMRSystem 布鲁克公司推出了具有第二代数字接收机的AVANCE 新系列 2009年 2005年 布鲁克公司推出AVANCE 系列 频率突破1GHz 2005年 2 核磁共振谱仪发展历程 2 3 谱仪分类及基本组件 3 永磁 电磁 超导磁体谱仪 连续 分时 脉冲谱仪 高分辨液体 固体 微成像谱仪 现在 一般按照NMR波谱仪试验中射频场的施加方式 分为两大类 连续波NMR谱仪 CW NMR 脉冲NMR谱仪 PFT NMR 脉冲傅里叶变换波谱仪由于快速 灵敏等优点 成为当代主要NMR谱仪幻灯片6 超导磁体 铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈 开始时 大电流一次性励磁后 闭合线圈 产生稳定的磁场 长年保持不变 温度升高 失超 重新励磁 在低温4K 处于超导状态 磁场强度 100kG超导核磁共振波谱仪 200 400HMz 可高达600 900HMz 3 谱仪基本组件 磁体 产生静磁场 核自旋体系发生能级分裂 射频源 激发核磁能级之间的跃迁 接收机 接受微弱的NMR信号 放大变成电信号 匀场线圈 调整静磁场的均匀性 提高谱仪的分辨率 计算机系统 控制谱仪 并进行数据显示和处理 核磁共振波谱仪基本组成 5 探头 NMR信号检测器 是谱仪的核心部件 4 连续波NMR谱仪 原理 把射频场连续不断的施加到试样上 发射的是单一频率 得到一条共振谱线 可通过扫场和扫频两种方式实现 扫场 V不变 改变B 扫频 B不变 改变V 实验室多用扫场法 特点 时间长 通常全扫描时间为200 300秒 灵敏度低 所需样品量大 对一些难以得到的样品 无法进行NMR分析 6 5 脉冲傅里叶变换NMR谱仪 特点 灵敏度高 是100倍 测量速度快 一般1H NMR测量累加10 20次 需时60s左右样品量少 原理 恒定磁场 使用一个强而短的射频脉冲照射样品 感应电流信号经过傅立叶变换获得一般核磁共振谱图 环己烯的13C谱 7 分辨率 稳定性 灵敏度 表征波谱仪辨别两个相邻共振信号的能力 以最小频率间隔Iv1 v2I表示 频率稳定性 通过连续记录相隔一定时间的两次扫描 测量其误差 分辨率稳定性 通过观察峰宽随时间变化的速率来测量的 灵敏度表征了波谱仪检测弱信号的能力 他取决于电路中随机噪声的涨落 一般定义为信号对噪声之比 即信噪比 波谱仪的三大技术指标 优化 提高磁场本身空间分布的均匀性 用旋转式样方法平均磁场分布均匀 优化 提高磁感应强度 应用双共振技术 信号累加等可以提高灵敏度 8 6 核磁分析的一般步骤 9 7 仪器实例介绍 德国布鲁克公司 10 独特的焊接技术促成最低的漂移率 外部干扰抑制 EDS 可以屏蔽掉高达99 的外部磁场干扰 由于尺寸更小 重量更轻 易于安放 降低了对房间高度的要求 Avance1000是布鲁克公司2009年11月成功安装的世界上第一个标准腔 高稳定性的1GHzNMR持续超导磁体 磁场强度为23 5T US2的漏磁非常小 不会受振动或热学环境变化的影响 减少液氮的蒸发 NMRSuperconductingMagnets 超导磁体 US2 Ascend AscendAeon Avance1000 11 应用最广泛的探头正向 反向宽带 BB 包括19F1H 19F去耦全自动调谐高灵敏度 12 SmartProbe常温探头 超低温探头系统T 20K CryoprobeProdigy探头 宽频探头 31P 15N 正向 反向全自动调谐理想的中低场探头使用液氮制冷成本低 体积小 探头 Fourier300NMR谱仪 为化学教育和化学分析的所有普通应用提供经济型NMR 具有结构紧凑 体积小 重量轻 分辨率优 成本低等特点 13 AVANCEIII光谱仪围绕先进的数字概念设计 凭借高度模块化和可扩展发送器与接收器通道结构 提供最佳途径 实现最高速度的RF生成和数据获取 技术细节 先进RF和高速数据获取 最低事件时间为25毫微秒数字锁技术使实验稳定性优异SmartVT和Smartcooler温度控制系统HPLNA实现最佳敏感度和最低扰动 AVANCE NMR谱仪 14 AdvanceIIIHDNanoBay AdvanceTIIIHDNanoBay equippedwithCryoProbeProdigyandautosamplerSampleXpres 是迄今为止集成程度最高的先进NMR光谱仪 高效率 高品质 适用于各种常规和研究应用领域 技术细节 易于安放 适合放入小型分析实验室包含Ascend 磁技术自动取样系统等直观的常规用户界面TopSpin 15 最新软件TopSpinTM 集测试 数据处理及结构模拟等功能 16 商用固态DNP NMR系统 特点 Bruker的263和395GHzDNP NMR光谱仪是世界上首批商用固态DNP NMR系统 这两款光谱仪扩大了DNP固态NMR实验的范围 提高生物分子NMR敏感度 令固态NMR的敏感度提高多达80 技术细节 263GHz固态DNP光谱仪25W263GHz回旋管9 7T回旋管磁体 带超导炮线圈控制系统硬件和软件 电源和冷却网络263GHz微波波导线 从回旋管传输到NMR样品低温MAS探头 带内建波导和冷压气体供应 17 SampleMail核磁共振谱仪 具有样品装取方便的优点 适用于1 10mm各种直径的核磁样品管 测试过程快捷 安全 18 Avance1000核磁仪 世界第一台采用永久超导磁场技术的频率高达1000MHz核磁共振谱仪 于2009年11月在法国里昂安装成功 19 二维谱的堆积图