顺磁共振波谱
顺磁共振波谱（NMR）是一种分子的物理和化学性质的诊断方法，可以用于研究分子中原子或核磁共振信号的强度和位置。它是一种微观技术，可以提供准确、快速和高分辨率的结果，其优势在于可以直接测量原子之间的相互作用，以及特定原子的结构和运动。NMR波谱可以表征物质的结构，从而研究它的化学性质，如氢键数量和它们的形状。此外，NMR可以帮助研究人员了解分子的动态行为，以及分子间相互作用的强度和方向。
电子自旋(顺磁)共振波谱仪(ESR)设备安全操作规程前言 电子自旋(顺磁)共振波谱仪(ESR)是一种用于研究物质的结构和性质的仪器。本规程的目的是保证ESR设备的安全操作，防止发生意外事故并保护实验人员的安全。本文档适用于所有ESR设备的操作人员。 ESR仪器使用前需要了解的安全事项 在使用ESR仪器之前，请务必清楚以下几点： 1. 电源和冷却水 ESR设备需要稳定的电源和充分的冷却水才能正常运转。操作人员在启用仪器之前，必须确保设备连通的电源和冷却水处于正常状态。并且在设备使用过程中需要经常检查电源和冷却水的状态，以确保设备正常使用。 2. 辐射 ESR仪器使用的辐射会对人体产生影响，因此操作人员必须严格遵守操作规程，避免对人体造成辐射危害。使用ESR设备时，必须佩戴合适的防辐射服或手套等防护措施。 3. 液氮 ESR设备需要液氮来降温，以辅助样品测试。使用液氮时，需要遵守相关的使用规程；在液氮不足时，需要及时添加。
4. 操作规程 操作人员在启用ESR仪器前必须已经掌握本设备的操作规程，并严格按照规程操作。同时，在使用ESR设备时，需要注意设备的使用环境，确保室内通风良好、照明充足。 安全操作规程 1. 设备开机前的准备 1.1.检查电源和冷却水处于正常状态，并启用设备。 1.2.检查设备的连接和接线是否正常。 1.3.检查设备的保护装置是否完好。 1.4.佩戴防护装备，在操作设备时，必须佩戴适合的防辐射服、手套等器材。 2. 设备运行时的操作 2.1.操作人员必须在ESR设备旁边，夜以继日不间断的盯看仪器的运行状态。 2.2.不得随意更改设备的任何设置，避免设备过载或发生其它安全问题。 2.3.严禁在运行时强行关闭设备。 2.4.在使用液氮时，严禁将设备外部的液氮接口与其他设备接触，否则将可能导致设备的损坏。
磁共振波谱(MR Spectroscopy，MRS) 是医学影像学近年来发展的新的检查手段，作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论。本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。 在理想均匀的磁场中，同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。事实上，当频率测量精度非常高时会发现，即使同一种核处在相同磁场中，它们的共振频率也不完全相同，而是在一个有限的频率范围内。这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用，它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度，其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示，被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB，与外加磁场方向相反。外加磁场越强sB越大，原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。此外，s还与核的特性和化学环境有关。核的化学环境指核所在的分子结构，同一种核处在不同的分子中，甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中，它周围的电子数和电子的分布将有所不同。因而，受到电子的磁屏蔽作用的程度不同，如图1所示。考虑到电子的磁屏蔽作用，决定共振频率的拉莫方程
应表示为:w=gBeff=gB0(1-s) 由上式可知，在相同外加磁场作用下，样品中有不同化学环境的同一种核，由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同，它们将具有不同的共振频率。如在MRS中，水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同，这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。即因质子所处的化学环境不同，也就是核外电子云密度不同和所受屏蔽作用的不同，而引起相同质子在磁共振波谱中吸收信号位置的不同，如图2所示。实际上，研究某种样品物质的磁共振频谱时，常选用一种物质做参考基准，以它的共振频率作为频谱图横坐标的原点。并且，将不同种原子基团中的核的共振频率相对于坐标原点的频率之差作为该基团的化学位移。显然，这种用频率之差表示的化学位移的大小与磁场强度高低有关。在正常组织中，代谢物在物质中以特定的浓度存在，当组织发生病变时，代谢物浓度会发生改变。磁共振成像主要是对水和脂肪中的氢质子共振峰进行测量和脂肪中的氢质子共振峰进行测量，在1.5T场强下水和脂肪共振频率相差220Hz (化学位移)，但是在这两个峰之间还有多种浓度较低代谢物所形成的共振峰，如NAA、Cr、Cho等，这些代谢物的浓度与水和脂肪相比非常低。MRS需要通过匀场抑制水和脂肪的共振峰，才能使这些微弱的共振峰群得以显示。 下面是研究MRS谱线时常用到的参数: (1)共振峰的共振频率的中心—峰的位置V: 化学位移决定磁共振波谱中共振峰的位置。 (2)共振峰的分裂。
核磁共振波谱的作用与特点 核磁共振波谱（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，简称NMR）是基于核自旋的一种分析技术，它通过对核磁偶极矩与外磁场 的相互作用进行分析，获得物质的分子结构及其组成、构象、动力学 等相关信息。下面将从作用和特点两个方面来具体介绍核磁共振波谱。 一、作用 1. 提供化合物的结构信息 核磁共振波谱是通过对磁场下化合物中核自旋与磁场的相互作用进行 分析，得出各个核自旋所处的化学环境及数量等信息，从而提供化合 物的结构信息。这些信息包括化合物的分子量、化学式、官能团、键长、键角、扭曲角等，不仅可以确定化合物的分子结构，而且可以提 供化合物的局部构象信息。 2. 了解化合物的电子状态 核磁共振波谱可以通过核自旋共振现象直接观察化合物的原子核磁矩 的磁量子数。从而可以了解化合物电子结构的信息，进而去探讨物质 的电子可能的交换和自由基反应等反应机制。 3. 追踪分子动力学
核磁共振波谱可以通过利用自旋弛豫实现分析分子动力学。分子的自旋弛豫常数与其所处的化学环境有关，可以针对特定化学环境获得化合物的动力学与动力学参数的相关信息。从而为研究化合物的开环反应、光学反应、物理性质提供了有力的手段。 二、特点 1.非破坏性分析 核磁共振波谱是一种非破坏性分析技术，在一定条件下，对生物、医学、食品等领域的样品不会产生破坏性损坏。这保持了原样品的完整性，同时提高了实验结果的准确性，为对生物和药物等的分析研究提供了方便。 2.分析灵敏度高 核磁共振波谱是一种极具灵敏度的分析方法，可以对样品进行非常高的灵敏性分析。与传统分析化学技术相比，它可以通过调整实验参数减少样品的浓度，仍然保持较好的分析结果。 3. 数据采集时间较短 随着技术的不断进步，现代核磁共振仪器的数据采集速度已经快得惊人，数十万个数据点可以在数分钟内完成采集，大大缩短了数据采集
核磁共振与电子顺磁共振波谱法 幻灯片1 期末复习 幻灯片2 第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)和电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance, EPR)与UV和IR相同，也属于吸收波谱。EPR又称为电子自旋共振谱(Electron Spin Resonance, ESR)。NMR和EPR是将样品置于强磁场中，然后用射频源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能级的共振跃迁；而ESR是使未成对的电子产生自旋能级的共振跃迁。 幻灯片3 第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法 NMR E SR 研究对象具有磁矩的原子核具有未成对电子的物质 共振条件式 ?磁子/J/T 称为核磁子， 1H的?＝5.05×10-27 称为玻尔磁子， 电子的?＝9.273×10-24 g因子 (又称朗德因子，无量纲) 氢核1H的g因子为 gN＝5.5855 自由电子的g因子为 ge＝2.0023 结构表征的主要参数耦合常数J，单位Hz；化学位移?，常用单位ppm 超精细分裂常数?，常用单位特斯拉 常用谱图核吸收谱的吸收曲线和积分曲线电子吸收谱的一级微分曲线 幻灯片4 3.1 核磁共振波谱 NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。 在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能级差约为25?10-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm, 4-900MHz)时，将发生核能级的跃迁——产生所谓NMR现象。 幻灯片5 3.1 核磁共振波谱
核磁共振波谱解析的主要参数 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）波谱是一种高分辨 无损的分析技术，广泛应用于化学、生物化学、药学、材料科学等领域。 核磁共振波谱解析的主要参数包括信号强度、化学位移、偶合常数、弛豫 时间以及分辨率等。下面将对这些参数进行详细介绍。 1. 信号强度（Signal Intensity）：信号强度反映了溶液中特定核 的相对丰度或浓度。在NMR波谱中，信号强度通常用积分面积或峰高度表示。 2. 化学位移（Chemical Shift）：化学位移是核磁共振波峰在频率 轴上的位置。它是相对于参考物质（通常是四氢呋喃或二甲基硫醚）定义的，并且与共振核周围的电子环境有关。化学位移通常以δ值表示，以 部分百万分之一（ppm）为单位。 3. 偶合常数（Coupling Constant）：偶合常数是描述磁共振核之间 相互作用的参数。它反映了不同核自旋之间的耦合程度。在NMR波谱中， 可以通过峰间的分裂模式来确定偶合常数。 4. 弛豫时间（Relaxation Time）：弛豫时间是核磁共振过程中，自 旋系统从高能态向低能态返回的速度。主要有纵向弛豫时间（T1）和横向 弛豫时间（T2）两个参数。T1反映了自旋系统恢复到热平衡所需的时间，而T2则是自旋之间能量转移和相干性的衰减时间。 5. 分辨率（Resolution）：分辨率是指NMR波谱中两个峰之间的最 小频率差。它取决于核磁共振仪的仪器分辨率和样品的纯度。较高的分辨 率意味着可以分辨更多的峰并提供更多的结构信息。 除了以上主要参数外，还有一些其他与NMR波谱解析相关的参数：
磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS） 磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是目前唯一能无创伤地探测活体组织化学特性的方法。在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，而MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很高，故能提供信息以早期检测病变。磁共振波谱mRS）研究人体细胞代谢的病理生理改变，而常规MRI则是研究人体器官组织大体形态的病理生理改变，但二者的物理学基础都是核共振现象。 一、MRS的原理 磁共振信号的共振频率由两个因素决定①旋磁比r，即原子的内在特性②核所处位置的磁场强度。核所受的磁场主要由外在主磁场（B。）来诀定，但是核所受的磁场强度也与核外电子云及邻近原子的原子云有关。电子云的作用会屏蔽主磁场的作用，使着核所受的磁场强度小于外加主磁场。这种由于电子云的作用所产生的磁场差别被称为化学位移。因此，对于给定的外磁场，不同核所处的化学环境不一样，从而产生共振频率的微小差别，导致磁共振谱峰的差别，从而识别不同代谢产物及其浓度。 MRS可检测许多重要化合物的浓度，根据这些代谢物含量的多少可以分析组织代谢的改变，1H-MRS可测定12种脑代谢产物和神经递质的共振峰，N-乙酸门冬氨酸(NAA)、肌酸
（Cr）磷酸肌酸（PCr）胆碱（cho）肌醇（MI）谷氨酸胺Gln）谷氨酸盐（Glu)乳酸（Lac）等。生物中，许多生物分子都有31P，这些化合物参与细胞的能量代谢和与生物膜有关的磷脂代谢，31P－MRS被广泛用在对脑组织能量代谢及酸碱平衡的分析上，可以检测磷酸肌酸(PCr人无机磷酸盐(PI）α- ATP、β-ATP、γ—ATP的含量和细胞内的PH值。 二、MRS的临床应用 1．正常人的脑MRSMR波谱变化可反映神经元生长分化，脑能量代谢和髓鞘分化瓦解过程改变。NAA是哺乳动物神经系统中普遍存在的化合物，几乎所有的NAA均存在于神经对内，目前将NAA作为反映神经元功能的内标物。正常人有很高的NAA／Cr）值，NAA下降提示神经元的缺失和破坏。Cho和Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，但细胞研究证明，星形胶质和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显高于神经元，故Cho和Cr增加提示有神经胶质增生。由于NAA减少或Cho、Cr增加，导致了NAA／（Cho＋Cr）上值降低，上值常作为反映神经元功能的指标。此外， 1H-MAS发现NAA在人出生后一年内增加近两倍，肌酸信号也相应增加，NAA／Cr。及Giu-n/Cr随年龄增长而上升，MI/Cr随年龄的增长而下降，31P-MRS研究也发现，磷酸一脂（PME）的信号相对于其他代谢产物来说随年龄增加衰减，磷酸肌酸则相反，这说明，通过定量分析脑组织代谢产物的
电子顺磁共de 电子顺磁共振(EPR)波谱技术是现代高新技术材料的性能测试手段之一，是一项检测具有未成对电子样品的波谱方法。即使是在进行的化学和物理反应中，电子顺磁共振也能获得有意义的物质结构信息和动态信息，且不影响这些反应。电子顺磁共振目前已在物理学、化学、生物学、生物化学、医学、环境科学、地质探矿等许多领域得到广泛应用，电子顺磁共振EPR是弥补其他分析手段的理想技术。 电子顺磁共振EPR 技术最初是物理学家用来研究某些复杂原子的电子结构、晶体结构、原子偶极矩及分子结构等问题。后来化学家和生物学家把电子顺磁共振EPR 技术引入化学和生物学领域，用来阐明复杂的有机化合物中的化学键和电子密度分布以及动植物中存在自由基等问题。20世纪70年代以来，美国、日本和德国等发达国家都在不断进行仪器的改进和技术创新，已经将电子顺磁共振EPR 技术广泛应用到许多领域。20世纪末，世界上电子顺磁共振 EPR 技术发展更加活跃，进入了脉冲、多频和活体电子顺磁共振 EPR 等技术发展的新时代。而且通过学科交叉，电子顺磁共振EPR 与分子学、NMR以及其他技术方法结合，在更加广泛和深入的层次上开展应用研究。与此相比，这段时间我国的电子顺磁共振 EPR 波谱技术的发展较为缓慢，研究工作处于不太先进的水平。但是近几年来，随着我国国民经济的迅速发展，对科技方面的投资也越来越多，目前北京大学、清华大学、四川大学、厦门大学和中国科技大学等十几所高校率先投入了电子顺磁共振 EPR 应用方面的科学研究。为了促进我国电子顺
磁共振EPR 技术的发展和整体学术水平的提高，中国科技大学先后于2011年4月和2012年4月组织召开“中国电子顺磁共振波谱学学术研讨会”。研讨会的目的是：通过学术交流，了解并分析我国电子顺磁共振EPR 波谱学应用研究和谱仪研制在国内外的现状，剖析当前电子顺磁共振 EPR 波谱学研究存在的瓶颈问题；探讨和凝炼我国未来物理、化学、材料科学、环境科学、生命科学和医学等学科在此领域中的发展方向；探讨 EPR 领域高水平人才培养等问题。 电子顺磁共振EPR 技术的原理 电子顺磁共振EPR 的基本概念，物质的顺磁性是由分子的永久磁矩产生的。根据保里原理：每个分子轨道上不能存在 2 个自旋态相同的电子，因而各个轨道上已成对的电子自旋运动产生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成对电子的物质才具有永久磁矩，它在外磁场中呈现顺磁性。电子自旋产生自旋磁矩：μ = ge β，其中β是玻尔磁子； ge 是无量纲因子，称为 g 因子；自由电子的 g 因子为 ge = 2.0023，单个电子磁矩在磁场方向分量μ = ( 1 /2) ge β。当电子自旋处于外磁场H的作用下时，有2个可能的能量状态：即 E =± 1/2( ge βH) ，能量差ΔE = ge β H。这种现象称为塞曼分裂( Zeeman splitting) 。如果在垂直于H 的方向上施加频率为 h υ的电磁波，当满足下面条件：hυ = ge β H，处于两能级间的电子发生受激跃迁，导致部分处于低能级中的电子吸收电磁波的能量跃迁到高能级中，于是就产生了顺磁共振现象。受激跃迁产生的吸收信号经电子学系统处理可得到电子顺磁共振 EPR 吸收谱线，电子顺磁
核磁共振波谱分析 引言 1945年，美国哈佛大学和斯坦福大学的几位学者，各自独立观察到一般状态下物质的核磁共振现象，1952年由此获得诺贝尔物理奖。1953年世界上第一台商品化NMR谱仪研制成功(30MHz)，1964年第一台超导磁体的NMR谱仪研制成(200MHz)，1976年Ernst等人确立了二维谱的理论基础，1991年Ernst教授因其在脉冲付立叶变换NMR和二维NMR方面的杰出贡献而获当年诺贝尔化学奖。2000年在900MHz谱仪上获得NMR谱图。 30MHz= 0.7T (泰斯勒tesla) = 7000高斯(Gauss) 200MHz= 4.7T = 47000高斯 400MHz= 9.4T = 94000高斯 10000高斯 = 1T 29
29 核磁共振谱仪的主要组成部分 1. 提供外磁场B 0的磁铁 2. 产生射频场B 1的谱仪部分 3. 用于控制及数据处理的计算机 三者构成一个整体——核磁共振谱仪 (1) 超导磁体—— 铌-钛合金绕成的螺管线圈，置于盛有液氦的 超低温杜瓦瓶中，通过一定电流产生强磁场，在接近绝对零度的温度时，螺管线圈内阻几乎为零，成为超导体，消耗的功率也接近零，断绝电源后，超导电流仍保持循环流动，形成永久磁场。 (2) 波谱仪 N S FID D/A FT 探头是NMR 谱仪的心脏，样品管放置其中，探头绕有线圈，射频源作用于样品线圈，把共振时样品线圈发生的变化转交给接收机。 (3) 数据处理系统 FID －free inductione decay 自由感应衰减 FT －Tourier transferm 付立叶变换
波谱仪顺磁共振波谱仪安全操作及保养规程 1. 引言 顺磁共振（MRI）波谱仪是一种常见的医疗设备，在进行诊断和研 究时起着至关重要的作用。为了保证设备的正常运行和使用者的安全，需要遵守一系列的操作和保养规程。本文将介绍波谱仪顺磁共振波谱 仪的安全操作和保养规程。 2. 安全操作 2.1. 人员培训 在进行顺磁共振波谱仪操作前，使用者必须接受相关培训，并了解 设备的使用说明和操作流程。在使用设备时，只有经过培训和授权的 人员才能进行操作。 2.2. 穿戴防护装备 在操作波谱仪时，操作人员应穿戴适当的防护装备，包括但不限于 手套、护目镜和防护服。这些防护装备可以保护操作人员免受潜在的 辐射和化学物质的伤害。 2.3. 设备检查 在使用波谱仪之前，需要对设备进行检查，确保其完好无损。检查 包括但不限于检查电源线是否损坏、控制台和显示屏是否正常工作等。如发现任何异常，应立即报告维修人员。
2.4. 操作程序 在进行波谱仪操作时，必须按照操作程序进行。操作程序应包括设备的开启、样本的准备和放置、参数的调整等步骤。操作过程中，应遵守所有安全规则和操作指南。 2.5. 监控与维护 在操作过程中，操作人员应时刻监控设备的运行状况，并及时处理任何异常情况。如发现设备出现故障或异常，应立即报告维修人员进行修复。 3. 保养规程 3.1. 设备清洁 为了保证设备的正常运行，定期对设备进行清洁是必要的。使用者应根据设备的使用说明书和建议，选择适当的清洁方法和清洁剂进行清洁。清洁过程中，应避免使用过多的水或液体接触设备内部。 3.2. 耗材更换 定期更换设备的耗材是保持设备正常运行的重要环节。根据设备的规格和生产商的建议，及时更换耗材，如样品室的液氮、电池等。 3.3. 定期维护 为了延长设备的使用寿命和保持设备的良好状态，定期维护是必要的。维护包括但不限于更换设备的滤网、调整设备的参数等。定期维护应由专业的技术人员进行。