-核磁共振波谱分析

磁共振波谱分析
磁共振波谱分析(MRS)是测定活体内某一特定组织区域化学成分的唯一的无损伤技术，是磁共振成像和磁共振波谱技术完美结合的产物，是在磁共振成像的基础上又一新型的功能分析诊断方法。

需要检查的人群：患有脑部、心脏、骨骼肌和肝脏肿瘤的人群。

不合宜人群：
(1)安装人工心脏起博器者及神经刺激器者禁止做检查。

(2)颅内有银夹及眼球内金属异物者禁止做检查。

(3)心电监护仪不能进入MRI检查室。

曾做过动脉病手术、曾做过心脏手术并带有人工心瓣膜者禁止做检查。

(4)各种危重病患者：如外伤或意外发生后的昏迷、烦躁不安、心率失常、呼吸功能不全、不断失血及二便失禁者等等。

(5) 检查部位有金属物(如内固定钢针钉等)不能检查。

(5)妊娠妇女慎做检查，如有可能怀孕者，请告知检查医生。

检查前禁忌：无特殊禁忌。

检查时要求：检查放松心情，听从医生吩咐进行检查。

核磁共振波谱分析1.基本原理核磁共振是在电磁波的作用下，原子核在外磁场中的磁能级之间的共振跃迁现象。

因此，要产生核磁共振，首先原子核必须具有磁性。

自旋量子数I=0的原子核没有磁性，自旋量子数I≠0的原子核具有磁性。

I=1/2：1H，13C，15N，19F，31P，77Se，113Cd，119Sn，195Pt.I=3/2：7Li，9Be，11B，23Na，33S，35Cl，37Cl，39K，63Cu，79Br此外还有I=5/2，7/2，9/2，1，2，3等。

I=1/2的原子核，电荷均匀分布在原子核表面，核磁共振的谱线窄，最适合核磁共振检测。

1H，13C原子核是最为常见，其次是15N，19F，31P核。

除了原子核具有磁性外，要产生核磁共振，还必须外加一静磁场和一交变磁场。

在磁场中，通电线圈产生磁距，与外磁场之间的相互作用使线圈受到力矩的作用而发生偏转。

同样在磁场中，自旋核的赤道平面也受到力矩作用而发生偏转，其结果是核磁距围绕磁场方向转动，这就是拉莫尔进动。

其进动频率与外加磁场成正比，即：v=（ϒ/2π）*H0。

V—进动频率；H0—外磁场强度；ϒ—旋磁比。

在相同的外磁场强度作用下，不同的原子核以不同的频率进动。

如果在垂直于外磁场方向加一交变磁场H1，其频率v1等于原子核的进动频率v。

此时，就产生共振吸收现象。

即使原子核在外磁场中的磁能级之间产生共振跃迁现象，也即核磁共振。

2.核磁共振波普在化学中的应用2.1 基本原则从核磁共振波谱得到的信息主要有化学位移、偶合常数、峰面积、弛豫时间等。

化学位移在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。

化学位移的标准：相对标准TMS（四甲基硅烷）位移常数δ=0。

与裸露的氢核相比，TMS的化学位移最大，但规定TMSTMS=0，其他种类氢核的位移为负值，负号不加。

采用此标准的原因：（1）12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；（2）屏蔽强烈，位移最大；只在图谱中远离其他大多数待研究峰的高磁场区有一个尖峰；（3）易溶于有机溶剂，沸点低，易回收。

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：6. 强度归一化（Normalization）：强度归一化用于将不同波峰的信号强度标准化，以便比较不同实验的结果。

7. 脉冲宽度（Pulse Width）：脉冲宽度是指核磁共振仪在激发和检测过程中所施加的射频脉冲的宽度。

脉冲宽度的选择将影响到信号的强度和分辨率。

核磁共振波谱分析1946年美国科学家布洛赫(Bloch)和珀塞尔（Purcell）两位物理学家分别发现在射频*（无线电波*0.1～100MHZ,106～109μm）的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核相互作用,引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(NMR)。

NMR 和红外光谱，可见—紫外光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁。

引起核磁共振的电磁波能量很低,不会引起振动或转动能级跃迁,更不会引起电子能级跃迁。

.根据核磁共振图谱上吸收峰位置、强度和精细结构可以研究分子的结构。

化学家们发现分子的环境会影响磁场中核的吸收，而且此效应与分子结构密切相关。

1950年应用于化学领域，发现CH3CH2OH中三个基团H吸收不同。

从此核磁共振光谱作为一种对物质结构（特别是有机物结构）分析的确良非常有效的手段得到了迅速发展。

1966年出现了高分辨核共振仪，七十年代发明了脉冲傅立叶变换核磁共振仪，以及后来的二维核磁共振光谱（2D-NMR），从测量1H到13C、31P、15N，从常温的1～2.37到超导的5T以上，新技术和这些性能优异的新仪器都核磁共振应用范围大大扩展，从有机物结构分析到化学反应动力学，高分子化学到医学、药学、生物学等都有重要的应用价值。

§4-1核磁共振原理一、原子核自旋现象我们知道原子核是由带正电荷的原子和中子组成，它有自旋现象原子核大都围绕着某个轴作旋转运动，各种不同的原子核，自旋情况不同。

原子核的自旋情况在量子力学上用自旋量子数I表示，有三种情况：①I=0,这种原子核没有自旋现象,不产生共振吸收(质量数为偶数(M),电子数,原子数为偶数(z)为12G,16O,32S)②I=1、2、3、…、n，有核自旋现象，但共振吸收复杂，不便于研究。

③I=n/2（n=1、2、3、5、…）有自旋现象，n〉1时，情况复杂，n=1时，I=1/2，这类原子核可看作是电荷均匀分布的球体，这类原子核的磁共振容易测定，适用于核磁共振光谱分析，其中尤以1H最合适。

核磁共振波谱分析原理
核磁共振波谱分析（NMR）是一种基于核磁共振现象的分析
技术，用于确定分子结构和化学环境。

原理很简单：原子核具有自旋，当这些原子核处于外加磁场中时，会存在基态和激发态之间的能级差。

当外加磁场的强度等于能级差时，原子核会发生能级间的跃迁，而产生共振吸收信号。

核磁共振波谱分析基于这个原理，首先将样品置于强磁场中，使各个原子核的自旋方向与强磁场方向发生共线。

然后通过施加射频脉冲，使部分自旋发生共振吸收，从而产生强度较大的共振信号。

这些信号会被NMR仪器接收并处理，最终转换成
核磁共振波谱。

在核磁共振波谱图上，横轴表示共振频率，纵轴表示吸收强度。

通过对波谱图的分析，可以确定不同核的化学位移，从而推断其所处的化学环境和分子结构。

同时，核磁共振波谱还可以提供有关化学键长、化学键角和空间构型等信息。

核磁共振波谱分析在有机化学、生物化学、材料科学等领域有着广泛的应用。

它是一种无损分析方法，可以用来鉴定化合物、研究反应动力学、分析混合物等。

同时，核磁共振波谱分析还可以用来定量分析样品中不同核的含量，并通过不同核之间的耦合情况推断化学结构。

总之，核磁共振波谱分析是一种非常有用的分析技术，可以提供丰富的化学信息，对于科学研究和实际应用具有重要意义。