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天游线路检测中心 核磁共振 (NMR)

什么是核磁共振 (NMR)?

用核共振解开谜团

图1核磁共振装置

核磁共振仪(图1)
如果我们仔细观察物质,它是分子的集合,分子是由原子链组成的(图2),而原子又是由原子核和电子组成的(图3)。
核磁共振设备利用无线电波(60 MHz至1 GHz)在强磁场中从外部产生无线电波(60 MHz至1 GHz)。

图2物质、分子和原子

图3 原子结构

NMR装置的结构

图4 NMR设备配置

核磁共振 (NMR) 原理

一些原子具有小的原子核,例如氢原子核,具有磁性。这样的磁铁绕其轴旋转,就像陀螺一样。当放置在磁场中时,它的行为类似于陀螺的振荡运动。
那个电信号核磁共振信号在 1174 T(特斯拉)的磁场强度下,氢原子核大约有 500 个

图5 核自旋

表1 1174T(特斯拉)的共振频率

从NMR获得的信息

核磁共振信号中,即使对于相同的氢核,也会出现如图6所示的各种信号。图6是乙醇信号。这个核磁共振谱无线电波不是光,而是电磁波,因此被称为频谱,就像光一样,信号从右侧开始分为CH3(甲基)、CH2(亚甲基)和OH(羟基)。
NMR 谱分为官能团组。化学位移
这种化学位移类似于指纹,因为如果物质不同,信号会出现在不同的位置。

  • 化学位移(信号位置):有关原子核化学结构的信息(官能团等)

  • 自旋耦合(信号分裂):有关与相邻原子核关系的信息

  • 信号强度(信号面积):有关原子核数量比率的信息

  • 弛豫时间:原子核的动态信息

图 6 乙醇 (CH3中文2OH)

NMR 配置

NMR装置的基本配置

  • 磁铁(永磁铁、电磁铁、超导磁铁均可;需要磁场极其均匀且无时间波动且极其稳定的磁铁)

  • 产生无线电波的高频振荡器

  • 提供谐振频率并检测吸收能量的探头(线圈)

  • 放大探头检测到的信号的放大器

  • 控制这些并处理获得的数据的计算机

最新的核磁共振仪器脉冲傅里叶变换类型 (FT)通过施加振荡器产生的脉冲无线电波,整个化学位移区域发生共振。通过重复此过程并将信号相加,灵敏度也得到提高。傅立叶变换是将作为时间轴数据获得的NMR信号转换为频率轴数据的数学计算过程。

NMR 可以做什么

分子结构分析及未知化学物质鉴定

有机化学、无机化学、生物化学、制药、新材料、石油化学等非常广泛

定量分析

高分子化学、合成化学品质量控制、食品化学等

混合物分析

代谢组学、生物化学、食品化学等

动力学(化学反应速率、相互作用、结合位点的识别)

有机化学、无机化学、生物化学等

弛豫时间(分子迁移率、核间距离)

有机化学、高分子化学等

扩散系数(分子量、多聚体的确认、分子和离子的运动、受限空间的评估)

有机化学、高分子化学、新材料、电池等

可以用NMR完成的具体示例

化学分析

  • 反应物/原料的纯度评价/成分分析/定量评价

  • 反应中间体的鉴定、反应中间体的检查

  • 反应效率评估

  • 化学汇率分析

  • 最终反应物的微观结构分析

医学

  • 反应物/原料的纯度评价/成分分析/定量评价

  • 反应中间体的鉴定、反应中间体的检查

  • 反应效率评估

  • 生药标准品的纯度测定

  • 化学汇率分析

  • 最终反应物的微观结构分析

  • 药代动力学、代谢等

聚合物/纤维

  • 聚合物的一级结构分析

  • 合成聚合物的立构规整性(立构规整度)和 3D 结构分析

  • 共聚聚合物聚合度的评价

  • 嵌段共聚物的域尺寸评估

  • 结晶/非晶结构的鉴定,结晶度的评价

  • 合成聚合物的劣化分析、交联结构的鉴定、交联密度的评估

  • 树脂固化/劣化分析

  • 从微观结构评价物理性质和功能

  • 合成聚合物中添加剂和杂质的鉴定和定量分析

  • 动态结构分析

薄膜/涂层

  • 涂料等薄膜合成树脂的分子结构分析及劣化分析

  • 有机EL、有机薄膜太阳能电池等有机薄膜器件中的分子间堆积分析

  • 液晶秩序和排列的评估

材料研究

  • 锂离子电池的质量控制、结构分析、劣化分析

  • 催化剂、沸石、分子筛等微观结构分析及功能评价

  • 液晶材料的分子结构分析、有序评价、排列评价

  • iPS 细胞质量控制

能源

  • 电极、电解质和隔膜材料的微观结构分析和性能评估

  • 电解质中离子迁移率的评估

  • 燃料电池和锂离子电池的当代评价

  • 煤/油(原油、炼油厂)质量控制

  • 以太阳能电池为目标的光合作用基础研究

简介

  • 化学交换,动力学

  • 生物分子的溶液结构多态性

  • 分子识别

  • 生物分子的固晶多态性

农业/食品

  • 食品配料、食品添加剂的鉴定、成分分析、定量评价

  • 食品添加剂纯度测定标准

  • 工业生产的食品和农产品的原产地鉴定(多变量分析)

  • 农药、化肥、土壤的成分分析

  • 牛奶中乳脂肪含量的测定

  • 乌冬面中所含乙二醇的定量

环境

  • 水质调查/管理

  • 土壤成分识别/成分分析

  • 认证标准物质(农药等)的纯度测量

  • 旨在减少二氧化碳排放的光合作用研究

  • 火山灰、花粉、黄沙、PM 25等空气中物质的分析

金属/矿物

  • 天然产物和人造矿物的微观结构分析

  • 金属、合金、固溶体、非晶金属等材料的结构分析和电子态分析

法医学/法医学

  • 尸僵的代谢组学分析

  • 药物检测/鉴定/分子结构分析

  • 非法草药的分子结构分析

医疗

  • 尿液、血液等检测(多变量分析)

  • 病理组织的成分分析

半导体/电气设备

  • 非晶硅等电子元件用无机材料的微观结构分析和电子态分析

  • 有机薄膜晶体管、有机薄膜太阳能电池、有机EL、有机半导体等分子结构分析

  • 液晶的结构分析

航空/汽车

  • 燃油/润滑油分析

  • 轮胎橡胶及填充剂的分子结构分析及劣化分析

  • 电子元件材料的微观结构分析

  • 涂料成分分析

  • 肠衣的强度分析、劣化分析等

  • 车蜡等表面保护材料分析

相关链接

核磁共振的历史

JEOL(当时的日本电子光学研究所)于 1956 年发布了第一台 NMR 设备 JNM-1。

最新的 NMR 设备 ECZ Luminous?
(JNM-ECZL系列)

ECZ 发光? (JNM-ECZL系列)是一款配备尖端数字技术和高频技术的FT NMR仪器。

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