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第六章 核磁共振波谱法



知识点三:核磁共振波谱仪


核磁共振波谱仪按扫描方式不同可分为两大类:连续波核磁共振仪和脉冲傅里叶变换核磁共振仪。

一、连续波核磁共振仪

实现核磁共振可用两种方法:固定磁场B0,改变射频的频率产生核磁共振,称为扫频法;固定射频的频率,改变磁场B0产生核磁共振,称为扫场法。

连续波(CW)是指射频的频率和外磁场的强度是连续变化的,即进行连续扫描,直至到被观测的核依次被激发产生核磁共振。CW-NMR仪的结构由磁铁、探头、射频发生器、射频接收器、扫描发生器、信号放大器及记录仪组成(图6-8)。

通常是用电磁铁和永久磁铁产生均匀而稳定的磁场B0。在两磁极之间安装一个探头,探头中央插入试样管。试样管在压缩空气的推动下,匀速而平稳地回旋。射频振荡器线圈安装在探头中,产生一定频率的射频辐射以激发核。它所产生的射频场须与磁场方向垂直。射频接收线圈也安装在探头中,以来探测核磁共振时的吸收信号。另有一组扫描线圈安装在磁铁两极上,以达到扫场操作的目的。通过扫描发生器线圈在B0方向叠加一个小的扫描磁场B0’,调节B0’的大小,以便使总的外磁场(B0 + B0’)可在有限范围内变化,当1H核产生的回旋频率对于射频频率时,核吸收射频能量产生核磁共振。从射频接收器过来的核磁共振信号和扫场的磁场强度同时送到记录仪,即可得到核磁共振波谱图,纵坐标为信号强度,横坐标为磁场强度B或化学位移。

CW-NMR仪的有很多优点,适用于大磁矩、自旋I=1/2和高天然丰度的核的波谱测定。这些核称为灵敏核素,例如1H、19F和31P。遗憾的是,13C和15N均不属于此类核。

二、脉冲傅里叶变换核磁共振仪(PFT-NMR)

连续波核磁共振仪通过扫频或扫场的方法,找到共振吸收,获得NMR谱。这种工作方式效率低。为了解决这一问题,目前采用脉冲傅里叶变换核磁共振仪(图6-9)。在PFT-NMR中,采用恒定磁场,用一定频率宽度的射频强脉冲辐照试样,激发全部欲观测的核,得到全部共振信号。当脉冲发射时,试样中每种核都对脉冲中单个频率产生吸收.接收器得到自由感应衰减信号(FID),这种信号是复杂的干涉波,产生于核激发态的弛豫过程。FID信号是时间的函数,经滤波、转换数字化后被计算机采集,再由计算机进行傅里叶变换转变成频率的函数,最后经过数/模转换器变成模拟量,显示到屏幕上或记录在记录纸上,得到通常的NMR谱图。

图6-9 脉冲傅里叶变换核磁共振仪

 

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