文档介绍：固体核磁共振技术
中国科学院武汉物理与数学研究所
邓风
NMR的三个方向:
液体高分辨核磁共振生物大分子
固体高分辨核磁共振材料
核磁共振成象(MRI) 医学
1944年物理奖, Rabi(1938, 分子束磁共振)
测定核磁矩, 观测单个分子
1952年物理奖, Bloch 和 Purcell (1945, 宏观物质的NMR)
观测到“水”和“石蜡”的NMR信号
1991年化学奖, . Ernst (脉冲Fourier变换、二维NMR)
使NMR成为研究生物大分子溶液三维结构的重要手段
NMR 的三次Noble Prizes
液体CH3CH2OH分子的NMR信号
—化学位移的发现
不同基团有不同共振频率
(化学位移)
定量
未看到C-H间偶合造成的
谱线分裂
固体NMR中的一些基本问题
?
a. 样品不溶解
b. 样品溶解,但是结构改变
c. 了解从液体到固体的结构变化
liquid NMR Solid state NMR
d. 作为x-ray的重要补充
x-ray long-rang ordering
ss NMR short-rang ordering
2. 应用领域
a. 无机材料(分子筛、玻璃、陶瓷等)
b. 有机固体(高分子、膜蛋白等)
3. 液体NMR与固体NMR的区别
(1)谱线: 固体谱线宽
液体谱线窄
H2O 液体线宽< 1Hz
固体线宽> 1000Hz
原因:液体分子的快速运动把使谱线增宽的各种内部相互作用
平均为零。
(2)硬件:a. High power (1000W) short pulse width (激发SW大)
low power (100 W) large pulse width (激发SW小)
b. 魔角旋转(MAS)探头
(3)差别在减小 HR-MAS probe、 Nano-probe
凝胶、生物组织样品介于固体与液体之间
微克级的液体样品
4. 固体NMR中核自旋相互作用的操纵技术
在真实空间中的快速旋转(MAS)
消除某些相互作用,窄化谱线,提高分辨率
自旋空间中的旋转(多脉冲,MP), 通过射频脉冲来操纵
磁化矢量来实现。
消除同核间的偶极-偶极相互作用,H-H、F-F
二者的结合——多量子魔角旋转(MQ-MAS)
消除半整数自旋四极核的二阶四极作用( 27Al, 23Na, 11B等)
(消除或者恢复某些相互作用)
5. 宏观磁化矢量(宏观磁化强度Mz)的进动和章动
Mz
y’
x’
z’(Bo)
Mz
y
x
z (Bo)
实验室坐标系
旋转坐标系
0 = B0
进动(precession)
章动(nutation) —宏观磁化矢量在脉冲作用下的运动
a. 实验室坐标系
b. 旋转坐标系
a)
b)
Mz
Mz
6. 脉冲宽度
a. /2, +x pulse b. /2, -y pulse
1=B1
射频场强度(kHz)
tp
脉冲宽度