2012年 3月 20日 1
目录
1 系 统简 介
2 核磁共振 仪 器的 组 成及工作原理
3 核磁共振原理,原子核 间 的相互作用
4 仪 器的分辨率及 稳 定性
5 RF 脉冲
6 去偶
7 水峰的 压 制技 术
8 两维 核磁共振
9 核磁共振中梯度 场 的 应 用
10,高分辨魔角旋 转 光 谱
11,固体核磁共振
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B0
y
x
z 简单介绍
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核磁共振, 简介
核磁共振或简称 NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的光谱
学方法,它是众多光谱分析法中的一员,
其它的分析方法, 电子自旋共振 (ESR/EPR)
红外光谱学 (IR)
质谱学 (MS)
色谱学 (LC/GC/HPLC)
X-ray (SCD/XRF/XRD)
核磁共振成像 或称 MRI 已经频繁的使用在医院的疾病的诊断中,
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核磁共振, 简介
虽然一小部分核磁共振仪器在工业上被用来做质量控制,但 核磁共振仪器
现大部分仍局限在实验室使用,
应用范围, 结构确定 Structure Determination
化学鉴定 Chemical Identification
聚合物特性测定 Polymer Characterization
药品开发 Drug Development
催化研究 Catalysis
用户, 化学公司 Chemical Companies
药剂化学 Pharmaceutical Companies
石油化工 Petrochemical Industry
高分子材料 Polymer Industry
大学 Universities
医院 Hospitals
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核磁共振, 简介
核磁共振研究的材料称为样品, 样品可以处于液态,固态, 众所周知,宏观物
质是由大量的微观原子或由大量原子构成的分子组成,原子又是由质子与
中子构成的原子核及核外电子组成,核磁共振研究的对象是原子核,
一滴水大约由 1022分子组成,
H C
H
H
m mm (10-6m) nm (10-9m) A (10-10m)
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核磁共振, 简介
具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩,例如象 1H,
31P,13C,15N 等原子核,磁矩是一矢量,如果含有此类核的物质置放于磁场中,原
来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场,与外磁场同向和反向的磁
矢量符合 Boltzmann分布,在数量上同向与反向的差别很小,但正是这一微小的差
别造就了核磁共振光谱学,
B0
M
单位体积内原子核磁矩的矢量和定义为
宏观磁化强度矢量 M (macroscopic
magnetization.其方向与外磁场方向相同
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在磁场中,原来简并的能级分裂成不同的能级状态,如
果用适当频率的电磁辐射照射就可观察到核自旋能级
的跃迁,原子核能级的变化不仅取决于外部磁场强度的
大小及不同种类的原子核,而且 取决于原子核 外部电子
环境,这样我们就可获得原子核外电子环境的信息,宏
观上讲,当用适当频率的电磁辐射 (RF)照射样品,宏观
磁化强度矢量从 Z-轴转到 X或 Y轴上,通过接受器,傅立
叶转换就得到核磁共振谱图,
核磁共振, 简介
?
?
B0
M
B0
M
RF 脉冲 接收器
Receiver
FT
S(t)
S(w)
?
??ass1?
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核磁共振, 简介
样品, 非磁性及非导电
灵敏度, 样品需含 ? 1015 原子核
溶液
固体 Solids
600 MHz
成像
NMR
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核磁共振, 简介
0BE ??w ???
Larmor
频率
化学位移
自旋 -自旋偶合
e.g,
B0=11.7 T,w(1H)=500 MHz
w(13C)=125 MHz
化学位移 ~ B0 ? kHz
自旋 -自旋偶合 ? Hz-kHz
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核磁共振, 简介
Information,
Larmor 频率 原子核
化学位移, 结构测定 (功能团 )
J-偶合, 结构测定 (原子的相关性 )
偶极偶合, 结构测定 (空间位置关系 )
弛豫, 动力学
1H
13C
CH3
>C=CH- H
H C
C
C
H
H
H
H
D
JHH
H
C
JCH
C >C=C<
CH3
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核磁共振, 简介
1, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
p p m
1, 01, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
1, 0
1, 1
1, 2
1, 3
1, 4
1, 5
1, 6
1, 7
1, 8
1, 9
2, 0
2, 1
2, 2
2, 3
2, 4
2, 5
2, 6
分辨率可通过提高外磁场强
度和增加谱图的维数而提高,
nD NMR (n=2,3,4)
1D 谱
2D (轮廓图 )
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NMR 谱仪
FM Audio
反馈
600
谱仪
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NMR 谱仪
600 MHz
磁体
探头 机柜
RF 产生
RF 放大
信号检测
数据采集控制
数据信息交流
运行控制
磁体控制
前置放大器
计算机
数据储存 ;
数据处理 ;
总体控制,
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NMR 谱仪,机柜
AQX
(Digital)
CCU
TCU
FCU
RCU
VT unit
BSMS
shim
lock
CCU
AQR
ASU
Router
ACB
ADC
RX22
Amplifier
Amplifier
PTS
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NMR 谱仪, 探头
RF 接口
RF 线圈
+
调谐元件
(电容器 )
Helmholtz
Solenoid
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RF-Coil in NMR Probes
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NMR 谱仪, 术语和简写
AVANCE 系统,
FCU,频率控制单元 Frequency Control Unit
ASU,频辐设置单元 Amplitude Setting Unit
TCU,时间控制单元 Timing Control Unit
CCU,协调控制单元 Communication Control Unit
RCU,接收控制单元 Receiver Control Unit
BSMS,布鲁可智能磁体控制系统 Bruker Smart Magnet System
LOT,发射 /调谐开关 Local Oscillator and Tune Board
ACB,功放控制板 Amplifier Control Board
RX22,接收器 Receiver
ADC,数字 /摸拟转换器 Analog to Digital Converter
HPPR,前置放大器 Pre-amplifier
LCB,锁场控制板 Lock Control Board
PTS,频率合成器 brand of synthesizer used
XwinNMR,运行软件 Operating Software
LINUX/WINDOWS,计算机操作系统 SGI Operating Software
Pulse Program,脉冲程序 Operator Instructions for experiment
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NMR 谱仪, 术语和简写
AV 系统,
FCU,频率控制单元 Frequency Control Unit
SGU,信号产生单元 Amplitude Setting Unit
TCU,时间控制单元 Timing Control Unit
CCU,协调控制单元 Communication Control Unit
RCU,接收控制单元 Receiver Control Unit
BSMS,布鲁可智能磁体控制系统 Bruker Smart Magnet System
ACB,功放控制板 Amplifier Control Board
RX22,接收器 Receiver
ADC,数字 /摸拟转换器 Analog to Digital Converter
HPPR,前置放大器 Pre-amplifier
LCB,锁场控制板 Lock Control Board
XwinNMR,运行软件 Operating Software
LINUX/WINDOWS,计算机操作系统 SGI Operating Software
Pulse Program,脉冲程序 Operator Instructions for experiment
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2,NMR 检测
A,磁化强度矢量,Larmor 频率
B,RF 脉冲,脉冲功率,探头,电击放电
C,磁化强度矢量进动,旋转坐标系,接收器,前置放大器
D,接收器增益值,弛预时间 (T1,T2)
E,傅立叶转换,正交检测,频率扫描宽度,折反峰 folding
B0
M
B0
M
RF pulse Receiver
FT
S(t)
S(w)
A
E
C B D
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B0
y
x
z
2,a,宏观磁化强度矢量
600 MHz
B0
y
x
z
M
具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩,在磁场
中,原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场,与外磁场同向
和反向的磁矩矢量符合 Boltzmann分布,磁矩矢量沿磁场方向的进动使 XY平面上的投影相互抵
消,由于沿磁场方向能量较低,故原子分布较多一些而造成一个沿 Z-轴的非零合磁矩矢量,虽然
在理论上经常讨论单一原子的情形,但在实际上,单一原子的核磁信号非常小而无法观测,故此
我们定义单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度矢量 其方向与外磁场方向相同,以此
矢量来描述宏观样品的核磁特性,
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2,a,Larmor 频率
核磁矩沿外磁场方向进动的频率称为 Larmor 频率 w或共振
频率,此频率的大小取决于原子核的种类及外磁场的大小,
0~ B?w
n u c leu s sym bol abu n dan c e ( %) f requ e n c y ( MH z)
at 2.35T
p r ot on ( h yd r oge n )
1
H 99.98 100
d e u t e r iu m
2
H 0.015 15.35
p h osph or ou s
31
P 100 40.48
c ar b on
13
C 1.1 25.14
n itr oge n
15
N 0.37 10.13
n itr oge n
14
N 99.63 7.22
f lu or in e
19
F 100 94.08
oxyge n
17
O 0.04 13.56
alu m in u m
27
Al 100 26.06
? 是磁旋比, 它是原子核本身的属性并只能通过实验获取,
在案 BRUKER 仪器上,原子
核的频率是通过参数 BFn
(MHz)设置, 如 BF1 代表第
一通道, 更精细的频率调节
可用参数 On来完成, On叫
频率偏差频率或偏置频,所
以总频率为 SFOn,
SFO1=BF1+O1
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2,b,RF 脉冲
核磁信号只能在核磁化矢量位于 XY平面时才能被检测到,使用与原子核 Larmor频率相同
无线电射频即可将 M 从 Z-轴转向 X-或 Y-轴,
M M
rf
+
M
当观测信号时,RF 脉冲是处于关闭状态, NMR信号是在微伏 (microvolts)而 RF脉冲是在
千伏 kilovolts,
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2,b.旋转坐标系
为了更好的描述与简化所研究的体系而引进旋转坐标系统,旋转坐标系统中的 Z-轴与传统的
三维坐标系的 Z-轴一致,而其 X-与 Y-轴却以与核磁共振频率相同 (Larmor 频率 )的频率绕 Z-轴
旋转,在此体系中,核磁矩不在围绕 Z-轴旋转而是静止在某一点上,
M
rf
M
rf x
z
y
x’
y’
z
x
z
y
y’
‘传统坐标系 X-与 Y-轴以 Larmor 频率
围绕 Z-轴旋转
‘旋转坐标系
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实际应用上的例子, 当磁化矢量被转到 XY平面后,它仍以 Larmor 频率绕 Z-轴旋转,同样的,核
磁信号也以大致相当的频率饶 Z旋转,然而此高频信号 (数百兆赫 )是不可能被数字化的,即使
使用高分辨的 ADC,实际应用上,就将检测到的信号与一参照频率想混合而得到其差频,此差
频落在 100KHz的范围内 (声频 )并很容易被数字化,
混合
检测的信号
(10-800 MHz)
参照频率
(10-800 MHz)
自由衰减信号 (FID)
(audio,0-100 kHz)
接受器 (RX22) 数字化器 (HADC)
计算机储存
2,b.旋转坐标系
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通过 RF脉冲的照射,磁化矢量将以 RF脉冲的照射方向为轴在
垂直于 RF脉冲的照射方向的平面内转动,如使用 X-脉冲则磁化
矢量将围绕 X-轴方向在 YZ平面内转动,
-只要 RF脉冲打开,则磁化矢量的转动就不会停止,
-磁化矢量的转动速度取决于脉冲强度,
-脉冲长度将决定磁化矢量停止的位置,
M
rf
x
y
z
45o 90o 180o 270o 360o
2,b,RF 脉冲
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90o 或 p/2 脉冲将给出最大的信号,所以也就成为准确测定此参
数的原因之一, 在特定的功率强度下,通过采集一系列不同脉冲
长度的谱图以确定最大值或零强度点,此点就给出 90o或 180o的
脉冲,
在 BRUKER 仪器,RF 脉冲一般以 pn (e.g,p1)等参数来描述其
标准单位是微秒 (ms),功率强度是以 pln,(e.g.pl1)等参数来描述
其标准单位是 dB,
)/lg(2001VdB?
)/lg(10 01 PPdB ?
M
rf
x
y
z
Pulse length
90 180
270 360
)/lg(20 01 VVdB ?
2,b,RF 脉冲
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2,b,RF 产生
频率合成器
Sythesizer
频率控制单元
FCU
时间控制单元
TCU
频辐设置单元
ASU
功放
Amplifier
(BLAH,
BLAX)
到探头 电脑指令
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2,c,信号接收
M
B0
接受 /发射线圈
经过脉冲照射后,磁化矢量被转到 XY平面上并绕 Z-轴旋转, 由于此转动切割了接
受器的线圈,并在接受器的线圈中产生振荡电流,其频率就是 Larmor频率, 在 NMR
中,接收线圈与发射线圈是同一线圈,
X信号首先被送到前置放大器然后送到接收器,接收器分解此信号使之频率降低到
声频范围,模拟数字转换器将此信号数字化,
V
t
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2,c,前置放大器 (Preamp)
去接收器的信号
从功放来的 RF 脉冲
HPPR
控制
1H
X
D
前置放大器
HPPR
前置放大器有两种用途,
1,放大检测的 NMR信号 (从微伏到毫伏 )
2,分离高能 RF脉冲与低能 NMR信号,
前置放大器含有一接收发射开关 (T/R).其作用就是阻止高压 RF脉冲进入
敏感的低压的信号接收器,
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2,c,接收器 (Receiver)
检测方法,
具有 Larmor频率 NMR信号与激发脉冲混合,所得的差被数字化,
混合
检测的信号
(10-800 MHz)
参照频率
(10-800 MHz)
自由衰减信号 (FID)
(audio,0-100 kHz)
接受器 (RX22) 数字化器 (HADC)
计算机储存
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2,c,接收器 (Receiver)
mixing
信号
(10-800 MHz)
SFO1 + 22 MHz
(32-822 MHz)
自由衰减信号 (FID)
(audio,0-100 kHz)
接收器 (RX22)
Digitizer
(HADC)
计算机储存
RX22 检测过程,
具有 Larmor频率 NMR信号将被混合两次, 首先将信号与
SFO1+22MHz的脉冲混合,然后将所得信号再与 22 MHz混合
而得到具有音频的自由衰减信号 (FID),使用 22MHz频率是为
避免频率泄露与部件间的频率干扰,
混合 (I)
mixing
混合 (II)
IF 22 MHz
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2,c,ADC
NMR 信号通常包含许多共振频率及振辐,为能更好的描述 NMR信号,我们一般使
用 16 或 18 bit ADC,增益值 (RG)应被调节到一适当的值,既能充分利用又不至于使
接收器过饱和,
RG 太低 RG 太高 RG 适当
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NMR 信号被称为自由衰减信号 (Free Induction Decay 或 FID),
此信号并不能象 COS涵数一样保持同样的振辐持续下去,而是以指数的方式衰减为
零, 此一现象是由所谓的自旋 -自旋弛预造成,(T2 relaxation)
在 BRUKER仪器中,时域信号的数据点是由参数 TD 设定,为使时域信号能够被完全
采集到,TD应为一适当的值,以免使信号被剪断 ( truncation),
2,d,自由衰减信号 (Free Induction Decay)
TD set proper
*
TD too small
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在测量 NMR信号的同时,由于仪器的电子元件及样品本身产生的噪音也同样被接收
线圈检测到, 为了得到适当信噪比的图谱我们一般可以增加扫描次数以达到要求的
信噪比 (S/N),信号平均是指通过增加扫描次数来压制噪音而增加信号强度的方法,
N次额外的扫描回给出 倍的增强的信号强度
在 BRUKER仪器中,扫描次数是由参数 ns设置,
另外,增加扫描次数时,一定要考虑 T1弛豫的影响,
也就是说要考虑参数 D1的设置
2,d,信号平均 (Signal Averaging)
noise
level
signal
n
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FID 谱图 NS S/N
1
4
16
256
1 (ref)
2x
4x
16x
2,d,信号平均 (Signal Averaging)
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2,d,弛豫效应 (Relaxation)
NMR信号是一个以常数为 T2的指数方式衰减的涵数, T2
就是横向弛豫过程的时间常数,
此外,在 XY平面的磁化矢量需要一定的时间回到 Z-轴上,
这一过程需要的时间就叫纵向弛豫时间,其时间常数是
T1,T1 和 T2 与原子核的种类,样品的特性及状态,温度以
及外加磁场的大小有关,
信号平均方法成功的关键就是要正确设定参数 D1,
D1必须是五倍的 T1以保证在下次扫描时磁化矢量完全
回到 Z-轴,
有时为节省时间,使用小角度的脉冲,重复扫描以达到增
强信号的目的,
T1=30s,4 scans
a,D1=150s; 90o pulse; 600s;
b,D1=15s; 90o pulse; 60s;
c,D1=15s; 30o pulse; 60s,
a b c
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2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
在核磁共振实验中,由于原子核所处的电子环境不同,而具有不同的共振频率,实际
上,NMR信号包含许多共振频率的复合信号,分析研究这样一个符合信号显然是很
困难的,
傅立叶转换 (FT)提供了一种更为简单的分析研究方法,就是将时域信号通过傅立叶
转换成频域信号,在频域信号的图谱中,峰高包含原子核数目的信息,而位置则揭示
原子核周围电子环境的信息,
time frequency
FT
2012年 3月 20日 38
2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
由于 NMR检测器不能检测出顺时针或反时针方向的核磁信号,傅立叶转换后,将给
出 +w 和 –w两个峰,
x
V
t
x
V
t
FT
0 -w w
2012年 3月 20日 39
NMR Signal
Reference (SFO1)
90o
0o
A
D
C
A
B
Real
Imaginary
数
学
处
理
为了区分顺时针与反时针旋转产生的峰,正交检测方法被用来解决这一问题,通过
使用具有 900相位差的两个基本点检测器,正负频率就很容易区分开,实际应用中,并
非使用两个检测器,而是使用一个检测器,将检测到的信号分成两部分并分别送到
具有偿使用 900相位差两个通道中,
2,e,正交检测 (Quadrature Detection)
2012年 3月 20日 40
Channel A Channel B
FT FT
Channel A + B
2,e,正交检测 (Quadrature Detection)
2012年 3月 20日 41
2,e:傅立叶转换对
cosine
Exponential
(slow)
Exponential
(fast)
block
pulse
time frequency FT time frequency FT
noise
2012年 3月 20日 42
2,e,填零 (ZeroFilling)
在数据采集时,最好只采集数据直到信号衰减为零,但由于数据点较少而影响谱峰
的分辨率,增加采集时间由于信号已没,所采集到的只是噪音,在 FID的尾部通过填零
的方法可以很好的解决这个文题,
TD=SI=128 TD=128; SI=1024
TD TD SI
2012年 3月 20日 43
2,e,线宽因子 (LineBroadening)
Lb=0 Lb=5 Lb=10
NMR信号一般都集中在 FID的前部,后部含有的大部分为噪音,将 FID乘一权重指数
函数就能迫使尾部的 FID为零,其程度由参数 LB控制,当然还有其他的权重涵数可以
利用,使用这些涵数虽可提高信噪比却一牺牲分辨率为代价,在 BRUKER仪器中,这
些涵数统称为窗口涵数,
2012年 3月 20日 44
一个有问题的图谱可以通过检查 FID来诊断,时域上两个涵书的乘积经傅立叶转化
后,其频域的涵数将具有前两时域涵数单独转化成频域涵数的所有特征
(convolution theory),
例如一个被剪切的 FID可以被看成是 FID乘以一常数涵,傅立叶转化后所得涵数具
有 FID及常数涵数的共同特征,
= x FT
2,e:傅立叶转换
2012年 3月 20日 45
正确图谱 Spike Arcing Bad lineshape
(shimming)
2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
2012年 3月 20日 46
采样快慢决定了观测的谱图的频率范围而由所谓的驻留时间参数 (DW)确定,两者
间的关系由下试确定,
sw dw? 12
sw=1000 Hz sw=500 Hz
dw= 0.5ms dw= 1 ms
2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
2012年 3月 20日 47
2,e,峰折返 (Folding)
当 NMR 信号数字化时速度太慢时会导致对 FID信号频率的错误表达,数学上为能
正确确定一经过坐标原点的周期涵数的频率,在某一周期内必须有两个已知点,所
以对 FID信号数字化采样时,也必须在某一周期内采集到至少两个点 (Nyquist
Theorem),如果不这样就会产生峰折返,不产生峰折返所能达到的最大频率叫
Nyquist Frequency,
真实峰 出现峰
2012年 3月 20日 48
2,e,频域谱图宽度 (Spectral Window)
在 BRUKER的仪器中,频域谱图的中央点是由参数 SFo1 (=SF + o1)确定, 其中,SF
是所观测的原子核 Larmor频率 ; o1 是偏置频率可以用来改变频域谱图的中央点,
o1 o1 o1
2012年 3月 20日 49
在实际测试未知样品时,可以使用较大的 SW值采样,然后调整 O1采样,最后再调整
SW,
1,较大 sw
2,调整 o1
3,调整 sw
o1
new o1
sw
sw
new sw
2,e,频域谱图宽度 (Spectral Window)
2012年 3月 20日 50
2,e,相位调整 (Phasing)
通常所采集到的谱图含有吸收 (absorption)与扩散 (dispersion)组份, 通过相位调
整可以的到纯粹的吸收峰,
Re Im Re Im
In phase Out of phase
2012年 3月 20日 51
在 BRUKER仪器中,相位调整首先对最大峰进行零级相位调整 PH0,然后以一级相位
调整 PH1来调节其他的峰,
1,FT
phase
2,Adjust ph0
on biggest peak
3,Adjust other
peaks with ph1
2,e,相位调整 (Phasing)
2012年 3月 20日 52
3,NMR,原子核间的相互作用
分子中的原子并不是孤立存在,它不仅在相互间发生作用也同周围环境发生作用,
从而导致相同的原子核却有不同的核磁共振频率,
0BE ??w ???
Larmor
频率
化学位移 自旋 -自旋偶合
e.g,
B0=11.7 T,w(1H)=500 MHz
w(13C)=125 MHz
化学位移 ~ B0 ? kHz
自旋 -自旋偶合 ? Hz-kHz
2012年 3月 20日 53
3,NMR,化学位移 (Chemical Shift)
在磁场中,由于原子核外电子的运动而产生一个小的磁场 Be(local field).此小磁场
与外加磁场 (B0)方向相反,从而使原子核感受到一个比外加磁场 小的磁场 (B0+Blo).
此一现象我们称做化学位移作用或屏敝作用,
B0
Be 原子核实际感受到的磁场,
B = (1-s) B0
s化学位移常数
2012年 3月 20日 54
3,NMR,PPM 单位
由于化学位移是与外加磁场成正比,所以在不同的磁场下所的花絮位移数值也不同
.也会引起许多麻烦,引入 ppm并使用同意参照样品,就是光谱独立于外加磁场,
0 Hz 1500 3000 4500 6000
0 ppm 4 8 12 0 Hz 1500 3000 4500 6000
0 ppm 4 8 12
参照样品峰
ppm s a m p l e r e f e r e n c e
r e f e r e n c e
? ?w ww
300 MHz
500 MHz
300 MHz
500 MHz
1 ppm = 300 Hz
1 ppm = 500 Hz
2012年 3月 20日 55
0 ppm 4 2 8 6 10
HC=O
HC=
CH2
CH3
即使使用不同的仪器或在不同的场强下,相同的官能团具有相同的 ppm值,不同的
官能团由于存在于不同的电子环境因而具有不同的化学位移,从而使结构坚定成为
可能,,
3,NMR,化学位移 (Chemical Shift)
2012年 3月 20日 56
3,NMR,自旋 -自旋偶合 (Scalar Coupling)
相邻的原子核可以通过中间媒介 (电子云 )而发生作用,此中间媒介就是所谓的化学
键,这一作用就叫自旋 -自旋偶合作用 (J-偶合 ).特点是通过化学键的间接作用,
C
H
C
H H
C
异核
J-coupling
同核
J-coupling
JCH JHH
2012年 3月 20日 57
自旋 -自旋偶合引起共振线的分裂而形成多重峰,多重峰实际代表了相互作用的原
子核彼此间能够出现的空间取向组合,
C
H
JCH
C
H
JCH
原始频率
w w-J/2 w+J/2
JCH
3,NMR,自旋 -自旋偶合 (Scalar Coupling)
2012年 3月 20日 58
3,NMR,同核 J-偶合 (Homonuclear J-Coupling)
多重峰出现的规则,
1,某一原子核与 N个相邻的核相互偶合将给出 (n+1)重峰,
2,等价组合具有相同的共振频率,其强度与等价组合数有关,
3,磁等价的核之间偶合作用不出现在谱图中,
4,偶合具有相加性,
例如,
Ha Hb
C C
wa wb
JAB
HB HB HA HA
JAB
obs er ved spi n coupl ed spi n i nt ensit y
A B ? 1
B ? 1
B A ? 1
A ? 1
2012年 3月 20日 59
Ha Hb
C C
Hc
A
B,C
B C
A A
B,C是化学等价的核
JAB=JAC
3,NMR,同核 J-偶合 (Homonuclear J-Coupling)
2012年 3月 20日 60
Ha Hb
C C
Hc
B,C是化学不等价的核
JAC=10 Hz
JAC=4 Hz
JBC=7 Hz
A
B C
wA
JAC
JAC
3,NMR,同核 J-偶合 (Homonuclear J-Coupling)
2012年 3月 20日 61
3,NMR,异核 J-偶合 (Heteronuclear J-Coupling)
*CH *CH2 *CH3
C
H1
H2
H3
C
H1
H2
C
H1
*C
C
2012年 3月 20日 62
由于一些核的自然丰度并非如此 100%.顾此谱图中可能出现偶合分裂的峰和无
偶合的峰,氯仿中的氢谱是一个典型的例子,
x100
H-13C
H-13C
105 Hz
H-12C
3,NMR,异核 J-偶合 (Heteronuclear J-Coupling)
2012年 3月 20日 63
4,NMR,分辨率与稳定性 (Resolution and Stability)
为能区分微小的化学位移和偶合常数,高的分辨率仪器 (0.1Hz)是必须的,它不仅
要求外磁场必须具有相当的稳定性,同时要求处于同位置但相同的核给出相同
的共振频率也就是说线宽要非常得心应手小,
稳定性是通过稳定的磁体及锁场系统来实现,而小的线宽则通过能提供均匀场
强的磁体及匀场来完成,
2012年 3月 20日 64
4,NMR,锁场 (Lock)
实验对磁场稳定性的要求可以通过锁场实现,通过不间断的测量一参照信号 (氘
信号 )并与标准频率进行比较, 如果出现偏差,则此差值被反馈到磁体并通过增
加或减少辅助线圈 (Z0)的电流来进行矫正,
2D
Lock
TX
Lock
RX
Lock
freq,
?
Z0-coil
2012年 3月 20日 65
4,NMR,匀场 (Shimming)
在样品中,磁场强度应该是均匀且单一,以使相同的核无论处于样品的何种位置都
应给出相同的共振峰,为达此目的,一系列所谓匀场线圈按绕制所提供的涵数方式
给出补偿以消除磁场的不均匀性,从而得到窄的线形,实际应用中可分为低温匀场
(cryo-shims)线圈和室温匀场线圈 RT-shims),低温匀场线提供较大的矫正,
2012年 3月 20日 66
4,NMR,匀场 (Shimming)
匀场线圈分为两组,
改变 Z-轴方向场强的称为纵向匀场 (axial,on-axis or z-shims);
改变垂直与 Z-轴方向场强的称为横向匀场 (transverse or off-axis shims),
or d e r on - axis of f - axis
1 Z X,Y
2 Z2 XZ,Y Z,
X2- Y2,X Y
3 Z3 XZ 2,Y Z 2,
( X2- Y2) Z,
X3,Y 3,XY Z
4 Z4 XZ 3,Y Z 3,
( X2- Y2) Z 2
5 Z5
6 Z6
sh im s
Z
Z2
Z3
Z4
Z5z
-h
e
i
g
h
t
- 0, 5 0
- 0, 2 5
0,0 0
0,2 5
0,5 0
s h i m f i e l d
2012年 3月 20日 67
4,NMR,匀场效果 (Effect of Z-Shims)
? ± Z + Z2 - Z2
+ Z4 - Z4 ± Z3 ± Z5
2012年 3月 20日 68
4,NMR,匀场 (Shimming)
x,y,z
z,z2
x,y,xy,
xz,yz,x2y2
z,z2,z3
x,y,xy,xz,yz,
x2y2,xz2,yz2,
x2y2z,xyz
z,z2,z3,
z4
x,y,xy,xz,yz,
x2y2,xz2,yz2,
x2y2z,xyz,x3
y3,x2y2z2
z,z2,z3,
z4,z5,z6
Spinning
Non-spinning
匀场需要丰富经验为基础,通过观察锁场信号高低,样品信号线形及 FID,
2012年 3月 20日 69
4,NMR,匀场 (Shimming)
当初次安装仪器或探头时,旋转与非旋转
样品线形是一个标准的参考数据, 氢谱的
线形数据是通过测量氘代丙酮中 3%的氯
仿而得,
数据 0.3/7/14表明
Hz at 50%;半峰宽
7 Hz at 0.55%;碳卫星峰高度的峰宽
14 Hz at 0.11%1/5碳卫星峰高度的峰宽
13C satellites
215 Hz
2012年 3月 20日 70
4,NMR,Shimming
- 2 0- 1 5- 1 0- 52 0 1 5 1 0 5 0 H z
- 1 0 0- 8 0- 6 0- 4 0- 2 01 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 H z
样品旋转
在 50,0.55 and 0.11%处确定峰宽数值
50%
0.11%
0.55%
旋转边带
2012年 3月 20日 71
- 1 5- 1 0- 51 5 1 0 5 0 H z
- 1 0 0- 8 0- 6 0- 4 0- 2 01 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 H z
4,NMR,匀场 (Shimming)
50%
0.11%
0.55%
样品不旋转
在 50,0.55 and 0.11%处确定峰宽数值
2012年 3月 20日 72
5,NMR,RF 脉冲
B0
M
在传统坐标系中,由于外加磁场对原子核的作用，磁化矢量以 Larmor 频率绕外加
磁场进动, 如果旋转坐标系的旋转频率与原子核的共振频率相同，在旋转坐标系
中则没有磁场而磁化矢量也就会静止不动．但如果旋转坐标系的旋转频率与原子
核的共振频率有差别，则磁场就会出现而磁化矢量会围绕此小磁场运动．此小磁
场叫 偏置场,
?w
M M
传统坐标系 旋转坐标系
在共振 共振偏置
旋转坐标系
2012年 3月 20日 73
5,NMR,RF 脉冲
z
w1= weff
x
z
w1
?w
x
weff
z
w1= weff
x
M
在共振的
RF脉冲 共振偏置的ＲＦ脉冲
如果 RF 脉冲施加在原子核的共振
频率，则磁化矢量就绕施加的ＲＦ
场转动,
如果 RF 脉冲未施加在
原子核的共振频率则磁
化矢量就绕施加的ＲＦ
场与磁场的合场方向转
动,
M
z
weff
x
2012年 3月 20日 74
5,NMR,共振与偏置共振（ On and off resonance）
在共振
接近共振
偏置共振
通过改变Ｏ１以达
到共振频率
2012年 3月 20日 75
由于核磁共振的样品经常包含多余一个的峰，ＲＦ脉冲不可能对所有的共振进行在共振激发．
但若以高功率的脉冲（使有效场尽可能贴近ＸＹ平面）仍可达到近似的效果．实际应用上使用
短而强的脉冲,
z
w1
?w
x
weff
z
w1= weff x
z
w1
?w
x
weff
RF (O1)
5,NMR,RF 脉冲
2012年 3月 20日 76
p/2 = 6 ms
0 20000 40000 60000 80000
?w (Hz)
0 20000 40000 60000 80000
?w (Hz)
p/2 = 18 ms
p = 36 ms
磁化矢量与偏置共振的关
系
5,NMR,RF 脉冲
2012年 3月 20日 77
计算脉冲强度,
若 p/2 脉冲 10 ms
则 2p 脉冲 40 ms
那么 w1 ＝ 1/40ms = 25 kHz
若 p/2 脉冲太长，可以增加功率是
其变短,不要超过探头所能负担的
功率否则会损坏探头！！！
RF功率放大器的输出功率是用 dB,
dB的数值表示与最大输出功率相比实际输出功率衰减的程度,
由上式可看出每 6 dB 衰减将使输出的伏特值减半而使９０ ０ 脉冲长度加倍．
在ＢＲＵＫＥＲ仪器中，脉冲强度由Ｐ ln设定．１２０ dB表示小强度，０表示
大强度,
Attenuation(dB)= -20 log (V/Vmax)
5,NMR,RF 脉冲
2012年 3月 20日 78
5,NMR,９０ ０ 脉冲测定（ Paropt）
Paropt 是一ＡＵ程序．它可改变某一参数（Ｐ１，Ｄ
１，Ｏ１等）并将一系列处理的谱图列出．谱图储存
在处理数控９９９的文件中,
运行 Paropt,首先要得到一谱图以确定谱
图战士区域,(dp1),然后在特定的脉冲
强度改变Ｐ１值．最大峰为何９０ ０,
第一个零点为１８０ ０,
dp1
2012年 3月 20日 79
通过限定激发宽度，我们就可选择的激发某一特定区域．施加等幅或调制振幅
与相位选择性脉冲可完成这一使命,
等幅 调制 RF
选择激发
Dante 软脉冲 整形脉冲 Adiabatic Pulses
Shaped Dante
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 80
通过对ＲＦ脉冲的时域涵数傅立叶转换，此脉冲的激发图象可在频域谱中直观的
表现出来,
frequency
FT
频率 时间
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 81
1500 1000 500 -500 0 -1000 -1500 Hz
激发脉冲的时域与频域关系，可使制作整形脉冲和选择激发区域变得容易,
RF shape Excited region
FT
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 82
Rectangle
Sinc
Sinc(3)
Gauss
Half Gauss
Dante
Pulse Excitation FT Pulse Excitation FT
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 83
- 1 5 0 0- 1 0 0 0- 5 0 01 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 H z
选择脉冲的长度决定
激发区域,
Gauss,4 ms
‘ hard’ p/2 pulse
Gauss,2 ms
Gauss,1 ms
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 84
- 1 5 0 0- 1 0 0 0- 5 0 01 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 H z
Eburp,20 ms
通过改变选择脉冲的频率
可以改变选择激发的位置
spoffs1 etc,
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 85
,
P uls e s ha pe puls e a ng le R F fie ld A t t e nua t io n ( dB ) Ba ndwidt h ( 1 /t p )
Sq u a r e 90 1 0 1,0
Sin c ( 3 ) 90 5,8 - 1 5,3 5,0
G a u ss 90 2,5 - 8,0 1,4
G 4 C a sc a d e 90 1 8,3 - 2 5,2 7,3
E b u r p - 1 90 1 5,4 - 2 3,8 4,3
U b u r p 90 4 3,7 - 3 2,8 4,2
Sq u a r e 180 2 -6 0,8
Sin c ( 3 ) 180 1 1,6 - 2 1,3 3,2
I b u r p 180 1 3,4 - 2 2,5 4,4
Re b u r p 180 2 4,0 - 2 7,6 4,6
G 3 C a sc a d e 180 1 4,4 - 2 3,1 5,4
5,NMR:整形脉冲的一些特性
2012年 3月 20日 86
6,NMR,Decoupling
原子核间的偶合导致谱图的复杂化,
C
H
JCH
C
H
JCH
original
frequency
w w+J/2 w-J/2
JCH
2012年 3月 20日 87
6,NMR,去偶 (Decoupling)
如果峰数不多, 偶合的方式仍可分析出, 但当很多锋出现时, 偶合方式的分析就
不是那么容易,
*CH3-CH2-
未去偶
氢去偶
2012年 3月 20日 88
氢对碳的偶合作用可以通过对氢施加一个脉冲消除,此一技术称为去偶,对氢核的
饱和照射,促使氢核的自旋状态快速的变换,临近的碳核无法感觉到氢核的自旋状
态的取向而只感受到氢核两种取想的平均效果,具体的说,对氢核的饱和照射使碳
核原来的两条共振线 w-J/2和 w+J/2合并平均而得到 [(w-J/2)+(w+J/2)]/2=w,
C
H
JCH
C
H
JCH
p-pulse on H
这相当于使用一系列 1800脉冲快速照射氢核,
C-H pH C-H pH pH pH C-H C-H C-H C-H pH
w+J/2 w-J/2 w+J/2 w-J/2 w+J/2 w-J/2
6,NMR,去偶 (Decoupling)
2012年 3月 20日 89
氢去偶除简化碳谱还因为有核的 Overhauser效应而增加信噪比,
decoupled
coupled
C-H
C-H2
*CH3-CH2-
6,NMR,去偶 (Decoupling)
2012年 3月 20日 90
实际应用中,一个连续脉冲照射在氢的共振频率而不是使用一系列 1800脉冲,次
法称为宽带去偶, 去偶实验应注意以下两点,
1.氢脉冲应施加在氢的共振频率上,
2脉冲的强度要足够强但又要比探头承受的强度低,
6,NMR,去偶 (Decoupling)
2012年 3月 20日 91
6,NMR,去偶与脉冲强度的关系
0
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.5
5
去偶与脉冲强
度的关系
2012年 3月 20日 92
6,NMR,去偶,脉冲强度及偏值频率的关系
Proton resonance offset
Pro
ton
R
F
po
we
r
2012年 3月 20日 93
6,NMR,组合脉冲去偶 (Composite Pulse Decoupling)
在工作上的去偶实验很易成功,但偏置共振中,去偶效率随偏置频率的增加很快降
低,虽可增加脉冲强度,但探头对大功率的承受程度又阻止无限增加脉冲强度,
好的解决方法就是将去偶的强度均匀开以增加去偶的宽度,
一系列的组合脉冲适用于此一目的, Waltz,Garp,Dipsi,Mlev etc,称为组合脉冲
去偶序列或 CPD.使用这些脉冲序列要设置两个基本点参数 900脉冲长度及强度,
2012年 3月 20日 94
7,NMR,水峰压制 (Water Suppression)
核磁共振实验样品有许多是溶在水中,而水的共振信号又是实际样品的数千甚
至数万倍,ADC的资源基本上被用来描述水峰而很少一部分用来描述实际的样
品以致样品的信号被淹没在噪音,
x 64
问题,
- 动态范围 ;
- 实际样品的信号低 S/N;
-实际样品的信号淹没在基线噪音中 ;
- 接近水峰的信号,骑,在水峰上,
解决方法, 在采样前压制水峰, 一经常用到的方法
是预饱和,
2012年 3月 20日 95
7,NMR,预饱和 (Presaturation)
使用一长约定 1-2s而低的脉冲选择的使水峰达饱和状态,然后用一硬 900脉冲激
发样品,其结果是使接受器的增益参数增加而提高动态范围及 S/N,
5, 1 4, 6 4, 1 3, 6 p p m
zg
rg=1
zgpr
rg=64
压水峰实验,
1,脉冲序列 zgpr;
2,预饱和时间为 1.5s;
3,O1移到水峰位置,
4,逐渐的增加脉冲强度 ;
5.优化匀场条件,并准确调整 O1位置,
2012年 3月 20日 96
8,Two-Dimensional NMR
如果使用两个基本点脉冲采集一系列谱图,同时依此增加两脉冲的时间间隔 t1.第一
个脉冲将磁化矢量转到 XY平面上,此磁化矢量将围绕 Z-轴旋转,由于在不同时间内
磁化矢量转到不同的位置,导致第二个脉冲过后采集到的 FID具有不同的相位和振
幅,于是可以说这一系列 FID的相位和振幅被 t1所调制,
t1 t2
2012年 3月 20日 97
8,2D NMR
FID的相位及振幅被 t1调制也就等于谱图的相位及振幅被 t1调制,从傅立叶转换中
很容易看到这一点,
FT (t2)
t2
t 1 t 1
f2
2012年 3月 20日 98
8,2D NMR
对 t1进行第二次傅立叶转换就可以确定调制频率,就是将所有谱图的第一个点进行
傅立叶转换,然后第二个点一直到所有的点,所得的谱图就是一个单位均为频率的
两维谱图,
FT
(t 1
)
f2 f2
f 1 t 1
2012年 3月 20日 99
8,2D NMR
2D NMR 谱图常以轮廓图表示而不用
三维的方式,相同情况同样使用在地
图上
10 20
30 40
50 60
20
40
60
0.5
1
1.5
2
10 20 30 40 50 60
10
20
30
40
50
60
2012年 3月 20日 100
8,2D NMR
两维谱图可简化图谱增加分辨率同时
也可得到原子间的相关关系,
1, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
p p m
1, 01, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
1, 0
1, 1
1, 2
1, 3
1, 4
1, 5
1, 6
1, 7
1, 8
1, 9
2, 0
2, 1
2, 2
2, 3
2, 4
2, 5
2, 6
2012年 3月 20日 101
8,2D NMR,Cosy
2D Cosy 谱中,交叉峰
f1=a,f2=b 表明 a与 b有
自旋 -自旋偶合作用,投
影图将给出一般的氢谱
5 4 3 2 1 0
0
1
2
3
4
5
C交叉峰 s 对角线峰
2012年 3月 20日 102
8,2D NMR,Cosy
2
4
6
8
p p m
2468p p m
500 MHz N-type COSY
spectrum of Strychnine,,
RF
p/2
FID
p/2
t1
Cosy 经常用于氢的二维谱,在此基
础上演化出 Tocsy,and DQF-Cosy,
2012年 3月 20日 103
8,2D NMR,Noesy
Noesy的 交叉峰表示原子相互
在空间上相邻,其强度可用来
估算原子间距并以此推断分子
的空间结构,
Ha
Hb
0
1
2
3
4
5
5 4 3 2 1 0
fa
fb
fc
Hc
2012年 3月 20日 104
8,2D NMR,Noesy
p p m
1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 p p m
1 0
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Noesy 经常被用来确定一些生
物大分子象蛋白质,核酸,DNA,
RNA 等,
水中 gramicidine 的 400 MHz
Noesy 谱,
2012年 3月 20日 105
8,2D NMR,异核相关谱 (Heteronuclear Correlation)
100 80 60 40 20 0
2
5
4
3
1
0
1H
13C
C-H异核相关谱给出碳氢的
偶合关系,
2012年 3月 20日 106
8,2D NMR,Heteronuclear Correlation
异核相关谱可通过观测碳 (1H-13C
Hetcor) 或观测氢 (HMQC,HSQC),
观测氢的实验也称做反相实验,
6 0
7 0
8 0
9 0
p p m
45p p m
FID 1H
p/2 p
13C
p/2 p/2
? ?
t1
13C-1H HMQC
of Sucrose in D2O
13
C
1H
2012年 3月 20日 107
核磁共振光谱中的磁场梯度原理
Principles of Magnetic Field
Gradients in NMR Spectroscopy
9,磁场梯度 (Magnetic Field Gradients)
2012年 3月 20日 108
梯度场被广泛的应用在核磁共振实验,其特点是,
- 消除额外干扰信号而增加动态范围,
- 节省时间 (不在需要相位循环 )
- 减少信号干扰 ( t1-噪音 )
- 提高谱图质量,
9,磁场梯度 (Magnetic Field Gradients)
2012年 3月 20日 109
0
2
4
6
8
p p m
02468p p m
0
2
4
6
8
p p m
02468p p m
‘ Worst case’ scenario Cosy
spectrum,
t1-噪音峰
中央峰
(axial peaks)
扫描循环太快
在相同条件下采集的梯度场
Cosy 谱
9,磁场梯度 (Magnetic Field Gradients)
2012年 3月 20日 110
同性均匀磁场
进动频率 (Larmor) w 正比与 ?i
B0
?i 磁旋比,
?1H=4 ?13C
若 B0 = 11.7T 那么
w1H=500 MHz
在旋转坐标系 (w)
磁化矢量静止不动
z
B0
u
v z
x y
9,梯度场
2012年 3月 20日 111
在外磁场施加一个 Z方向的梯度场,
施加的梯度场与外磁场叠加,因
此,原子核将经历一个不同的磁
场,因而将围绕新的磁场以不同
的频率进动,
w(z) = ? B0 + ? z Gz
z
B0
u
v
+
+
+
+
+
zGz
z
x y
9,梯度场
2012年 3月 20日 112
在旋转坐标西中,假如
梯度场强为 20 G/cm 线
圈的有效长度是 1 cm,
1Gauss相当于
4258 Hz氢的频率, 处于
z = +0.5 cm的原子核就
会以 0.5*20*4258 =
42580 Hz的速度旋转,
而在 z = 0的原子则静
止不动,
z
B0
u
v
+
+
+
+
+
0
0.25
0.5
-0.25
-0.5
0
21290
42580
- 21290
- 42580
wz(Hz)
zGz
z
x y
z (cm)
在外磁场施加一个 Z方向的梯度场,
9,梯度场
2012年 3月 20日 113
由于所处不同平面位置的原子核将感受到不同的磁场而磁化矢量具有不同的旋转频率,从而
形螺旋状,其螺矩取决于梯度场的强度,
z
B0
u
v
+
+
+
+
+
zGz
z
x y
9,梯度场
2012年 3月 20日 114
MRI/NMR imaging 叠加在主磁场上的梯度场使原子核的共振频率成为空间的涵数,
在核磁成象 (MRI)实验中,磁化矢
量是在梯度场打开的情况下检测
的,所以 MRI谱图给出频率的分布
.每一频率层表明样品中的不同
位置而其强度表明具有相同频率
原子核的数量,
(Reproduced from Ernst et al,Principles Of Nuclear Magnetic Resonance in
One and Two Dimensions,Oxford University Press)
9,梯度场成象
2012年 3月 20日 115
x
y
x
z image plane
y
9,Gradients,Imaging
2012年 3月 20日 116
9,梯度场在 NMR的应用
由于梯度场使处于不同位置的原子核具有不同的频率,因此在施加梯度场前转到
XY平面的聚焦的磁化矢量,在梯度场打开后会很快散开,梯度场关闭磁化矢量将以
没有梯度场时的频率旋转,梯度场实际是以脉冲的形式施加在样品上,不同强度的梯
度场脉冲可以使磁化矢量散开相同的程度,只是施加梯度场的时间不同而已,
磁化矢量
注意,只有横向磁化矢量
被散焦,而纵向磁化矢量
不受影响, 信号
X
Y
2012年 3月 20日 117
9,梯度场 (水峰压制 )
1,选择激发水峰
2,施加梯度场打散水峰信号
3,900硬脉冲激发其他峰信号,
0
0
0
2012年 3月 20日 118
p/2 p/2
RF
水峰
梯度
FID
ref,Doddrell et al.J.Mag.Reson 1986,70,176
5, 3 4, 8 4, 3 3, 8 3, 3 p p m
2mM Sucrose in H2O
top,single pulse
bot,Submerge rg=1
rg=64
x8
9,梯度场 (水峰压制 )
SUBMERGE,使用梯度场及
选择性脉冲的水峰压制
2012年 3月 20日 119
在许多应用中,被梯度场打散的确信号有通过施加梯度场重新聚焦形成回波, 两个基
本的脉冲序列,‘gradient recalled echo’和‘ gradient spin echo’,
1,Gradient Recalled Echo
5
RF
梯度场
FID
1 2 3 4
p/2
X
Y
1 4 3 2 5
9,梯度回波
2012年 3月 20日 120
RF
p/2
梯度场
FID
start acquisition
时间 (ms)
0 5 10 15 20 25
0, 0 2 00, 0 1 50, 0 1 00, 0 0 5 s e c
9,梯度回波
2012年 3月 20日 121
2a,自旋回波
2b,梯度回波
RF FID
1 2 3 4 5
p/2 p
RF FID
梯度场
1 2 3 4 5 6
p/2 p
X
Y
1 4 3 2 5 6
X
Y
1 4 3 2 5
9,梯度回波
2012年 3月 20日 122
RF
p/2
梯度场
FID
开始采样
时间 (ms)
0 5 10 15 20 25
p
0, 0 2 00, 0 1 50, 0 1 00, 0 0 5 s e c
9,梯度回波
2012年 3月 20日 123
RF
p/2
梯度场
FID
ref,Piotto et al,J.Biomol.NMR (1992),2,661
选择 1800脉冲翻转除水外
原子核的自旋状态
5, 1 4, 6 4, 1 3, 6 p p m
2mM Sucrose in H2O
top,single pulse
bot,Watergate
rg=1
rg=64
水门 (WATERGATE)
利用梯度回波的水峰
压制
9,梯度场,水峰压制
2012年 3月 20日 124
9,梯度场替代脉冲相循环
许多 NMR 实验利用 RF 脉冲的相循环以选择需要的,coherences”(同相重叠态 ),
梯度场可实现同一目的从而消除了相循环,
例如 COSY 实验, 为实现正交检测,消除横向轴峰需要四步相循环, 而使用梯度
场一步即可完成,
RF
p/2
gradient
FID
p/2
t1
1 n
n=1 N-type
n=-1 P-type
2012年 3月 20日 125
9,COSY P/N 选择, 一次扫描
500 MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
只扫描一次导致 P,N-型谱同时出现,
RF
p/2
FID
p/2
t1
相位 0 0
C H H H C = Br N-type 对角线
Axial peaks
P-type 对角线
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
2012年 3月 20日 126
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
500MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
扫描四次消除横向轴峰及实现正交检
测,
RF
p/2
FID
p/2
t1
相位 0 0 90
180
270
0
180
0
180
C H H H C = Br
9,COSY P/N 选择, 相循环
2012年 3月 20日 127
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
500MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
使用梯度场扫描一次消除横向轴峰及
实现正交检测,
RF
p/2
梯度场
FID
p/2
t1
1 n
n=1 P-type
C H H H C = Br
9,COSY P/N 选择, 梯度场
2012年 3月 20日 128
n=-1 N-type
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
C H H H C = Br
500MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
使用梯度场扫描一次消除横向轴峰及
实现正交检测,
RF
p/2
梯度场
FID
p/2
t1
1 n
9,COSY P/N 选择, 梯度场
2012年 3月 20日 129
2
4
6
8
p p m
2468p p m
500MHzN-type Strychnine的氢
COSY谱,使用梯度场扫描一次
9,COSY P/N 选择, 梯度场
2012年 3月 20日 130
9,多量子过滤中的梯度场
500 MHz 使用单 (上 )双 (下 )量子过
滤的重水中蔗糖的氢谱,
RF
p/2
梯度场
FID
p/2 p/2
1 n
多量子同相重叠态的,阶,指两状态的
磁量子数之差,处在 多量子同相重叠态
的 核磁子散相的速度与其,阶,成正比,
通过使用一定比例的一对梯度检测之
前而可以选择的聚焦某一处于 多量子
同相重叠态的原子核,
5, 2 4, 7 4, 2 3, 7 p p m
2012年 3月 20日 131
4, 0 3, 5 3, 0 2, 5 2, 0 1, 5 1, 0 p p m
甲乙醚, CH3-CH2-OCH3
MQ 选择 (1:n)的两梯度场
CH2
OCH3
CH3
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
9,多量子过滤中的梯度场
2012年 3月 20日 132
500 MHz 双量子过滤的 COSY 谱 (m
of 1,4 androstene-dione),一次扫描,
1, 0
1, 2
1, 4
1, 6
1, 8
2, 0
2, 2
2, 4
p p m
1, 01, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4p p m
9,多量子过滤中的梯度场
2012年 3月 20日 133
9,异核梯度实验
在 1H-13C反相实验中,一个需要解决的
问题是抑制那些没有与 13C相连的氢
的信号,梯度提供了一种比相循环更
有效的方法, x128
氯仿
上,单脉冲
下, 一维梯度的 HSQC,
rg=1
rg=64
2012年 3月 20日 134
梯度场作用在不同的核将引起不同的进动频率, w(z) = ?i Gz z,例如 z = 0.5 and
Gz = 20 G/cm 的氢核,具有 42580 Hz,而碳核 10625 Hz (? 13C = 1/4 ? 1H),
13C FID
1H
transfer
gradient
1
4
gradient 1
4
or
在一些异核的实验中,有时利用将
磁化矢量从一个核转到另一个核
上,磁化矢量转移后,如果需要使
用梯度场重新聚焦时,要注意根据
磁旋比调整梯度场的强度或长度,
9,异核梯度实验
2012年 3月 20日 135
9,异核多量子相关图
FID 1H
p/2 p
13C
p/2 p/2
?
t1
梯度场
2 2 1
6 0
7 0
8 0
9 0
p p m
45p p m
重水中蔗糖的
13C-1H HMQC
2012年 3月 20日 136
FID 1H
p/2 p
13C
p/2 p/2
? ?
t1
gradient
2 2 1
6 0
7 0
8 0
9 0
p p m
45p p m
9,异核多量子相关图
重水中蔗糖的
13C-1H HMQC
2012年 3月 20日 137
9,分子扩散的测定
zGz
x
y
zGz
x
y
溶液中的分子的扩散作用可以用扩散系数 D来描述, 此常数可以利用梯度场通过
NMR实验测定,
如果施加一个线性梯度场,样品的磁化矢量将依据其所处的位置以一定的频率旋转,
施加第二个梯度场将使散开的磁化矢量重新聚焦而形成回波, 但如果一些核磁子具
有的扩散运动使其位置发生变动,其旋转频率也随之发生改变,致使所形成的回波强
度降低,
2012年 3月 20日 138
研究扩散可使用梯度自旋回波或激发回波序列,以寻找回波强度与梯度场间的时
间或梯度场强度的关系来确定扩散系数,
C o n s ta n t Ti m e S ti m u l a te d E c h o S e q u e n c e
- 11 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 p p m
1, 01, 52, 02, 53, 03, 54, 04, 5 p p m
0 0, 5 1 1, 5 2 2, 5 3
x 1 0
9
-4
- 3, 5
-3
- 2, 5
-2
- 1, 5
-1
- 0, 5
0
k
2
?
ln
(
I/
I
0
)
k2?
ln
I/I 0
斜率 D
9,分子扩散的测定
2012年 3月 20日 139
9,Flow measurements
由于在梯度场中,分子扩散的运
动是杂乱无章的所以随梯度场
间时间增加而使回波强度减弱,
但如果迫使溶液流动,从被调制
的回波便可测定流动的缩短,
zGz
x
y
zGz
x
y
flow
此法可用在测量动脉血管中
血的流动速度,
2012年 3月 20日 140
9,梯度场设备
Spectrometer 探头
preemphasis
unit
单或三轴梯度线圈
过滤器
梯度放大器
2012年 3月 20日 141
9,Nomenclature
PFG,脉冲梯度场 (Pulsed Field Gradients)
GS,梯度场选择 (Gradient Selected)
GRASP,梯度增速光谱学 (Gradient Accelerated Spectroscopy)
GE,梯度场增强 (Gradient Enhanced)
Preemphasis,调整梯度脉冲以弥补线圈中残余电流的影响 (Pre-shaping the
gradient pulses in order to compensate for eddy currents)
Recovery time,梯度脉冲后,线圈恢复时间 (Settling time after a gradient pulse),
2012年 3月 20日 142
9,梯度脉冲的预调整 (Preemphasis)
由于 eddy 电流 及梯度线圈的感抗使梯度脉冲的形状扭曲,
调整输入的线形而使梯度脉冲的形状得以改观,
预调整后输入形
输入形 得到
得到
2012年 3月 20日 143
9,单或三轴梯度线圈
第一代带梯度探头只有 Z-方向梯度它可以完成大部分核磁实验,但在复杂的实
验中多次使用梯度脉冲有可能产生不需要的回波信号,
三轴梯度探头能产生 XYZ三个方向的梯度场而使 在复杂的实验中避免由于多
次使用梯度脉冲有可能产生不需要的回波信号,
Gz 梯度回波
gradient echo
Gz
无回波
no echo !! Gx
2012年 3月 20日 144
10,高分辨魔角旋转光谱
High Resolution MAS Spectroscopy
魔角旋转已被广泛应用在
非固体物质的研究中,此一
技术称为高分辨魔角旋转
光谱 (Hr-MAS)
2012年 3月 20日 145
6, 0 5, 0 4, 0 3, 0 2, 0 1, 0 p p m
当样品具有一定的流动性虽能平均掉相
当一部分固体具有的各向异性, 但仍不
能达到象液体那样的分辨率, 魔角旋转
可以用来平均掉剩余的线宽而接近液体
谱图中的线宽,
液体探头
20 Hz || B0
500 MHz 脂肪瘤组织（ human
Lipoma tissue）的氢谱
ＭＡＳ探头
5KHz 在魔角
10,高分辨魔角旋转光谱
2012年 3月 20日 146
狗的血样品
1H-CPMG-谱使用 400 MHz
HR-MAS（ 上谱）１２微升样品
hr-MAS 给出更高的分辨率
800 MHz 标准 5mm 探头（下谱）
350 微升
10,高分辨魔角旋转光谱
2012年 3月 20日 147
10,hr-MAS 系统
dp 350 vd 4000
bp 1200 va 4000
Accustar
pulse
blank
15V
prot
reset
自动进样器
Sample changer
梯度场放大器
GradientAmplifier
气动单元
Pneumatic Unit
hr-MAS 探头
转子
转子转移管
Rotor transfer tube
2012年 3月 20日 148
10,hr-MAS 组合化学中的应用
(ppm)
6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.0 7.1 7.2
a
a
b b b b
a,para di-substituted aromatic
b,meta di-subtituted aromatic
O O O
O
O
N
H
O n
Tentagel
bead
(n = 10 -15)
聚苯已稀树脂 连接物 底物
在 Tentagel 树脂上包括间,对位
取代芳香环的小有机分子的 1H
hr-MAS NMR 谱,
Avance 400,将 2mg 放在 4mm 转
子的盛有氘代氯仿的球型容器中
．,cpmg 40 msec,3200Hz 转速
2012年 3月 20日 149
10,hr-MAS 在生物组织的应用
受控的细胞与组织的 1H-
HR-MASCPMG-谱
400 MHz
转速 4000Hz
2012年 3月 20日 150
10,hr-MAS 活体样品的应用（ living white worm）
Avance 400,将活的白
蠕虫（ enchytraeid) 放
在 4mm 转子的盛有容剂
的容器中,
氢谱,cpmg 40 msec,
3200Hz 转速，容剂 9０
%H2O/１０ % D2O,
预饱和ＴＯＣＳＹ谱,
3200Hz 转速，容剂 9５
%H2O/５ % D2O
2012年 3月 20日 151
0
2 5
5 0
7 5
1 0 0
1 2 5
1 5 0
p p m
12345p p m
6, 0 5, 0 4, 0 3, 0 2, 0 1, 0 p p m
脂肪瘤组织（ Lipoma tissue） 的 500
MHz 1H-13C 梯度 -HMBC 谱 MAS 5 kHz;
1 ms 正弦梯度脉冲（ 25G/cm）,
(sample courtesy of Dr,Singer,
Brigham and Women’s Hospital),
10,hr-MAS 在生物组织的应用
2012年 3月 20日 152
10,hr-MAS of biological tissue
相同强度
Lipid
CH2-CO
Lipid
CH2-C=C
Lipid
CH2-CH2-CO
Lipid
CH2
Lipid
CH3
0, 81, 21, 62, 02, 42, 83, 2
( p p m )
Citrate
Lactate
Alanine
放大＊１０
人前列腺组织 （ prostate tissu）
良性 vs,恶性 癌症组织给出更
多的脂类物含量
（ lipid ）！！
！
目录
1 系 统简 介
2 核磁共振 仪 器的 组 成及工作原理
3 核磁共振原理,原子核 间 的相互作用
4 仪 器的分辨率及 稳 定性
5 RF 脉冲
6 去偶
7 水峰的 压 制技 术
8 两维 核磁共振
9 核磁共振中梯度 场 的 应 用
10,高分辨魔角旋 转 光 谱
11,固体核磁共振
2012年 3月 20日 2
B0
y
x
z 简单介绍
2012年 3月 20日 3
核磁共振, 简介
核磁共振或简称 NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的光谱
学方法,它是众多光谱分析法中的一员,
其它的分析方法, 电子自旋共振 (ESR/EPR)
红外光谱学 (IR)
质谱学 (MS)
色谱学 (LC/GC/HPLC)
X-ray (SCD/XRF/XRD)
核磁共振成像 或称 MRI 已经频繁的使用在医院的疾病的诊断中,
2012年 3月 20日 4
核磁共振, 简介
虽然一小部分核磁共振仪器在工业上被用来做质量控制,但 核磁共振仪器
现大部分仍局限在实验室使用,
应用范围, 结构确定 Structure Determination
化学鉴定 Chemical Identification
聚合物特性测定 Polymer Characterization
药品开发 Drug Development
催化研究 Catalysis
用户, 化学公司 Chemical Companies
药剂化学 Pharmaceutical Companies
石油化工 Petrochemical Industry
高分子材料 Polymer Industry
大学 Universities
医院 Hospitals
2012年 3月 20日 5
核磁共振, 简介
核磁共振研究的材料称为样品, 样品可以处于液态,固态, 众所周知,宏观物
质是由大量的微观原子或由大量原子构成的分子组成,原子又是由质子与
中子构成的原子核及核外电子组成,核磁共振研究的对象是原子核,
一滴水大约由 1022分子组成,
H C
H
H
m mm (10-6m) nm (10-9m) A (10-10m)
2012年 3月 20日 6
核磁共振, 简介
具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩,例如象 1H,
31P,13C,15N 等原子核,磁矩是一矢量,如果含有此类核的物质置放于磁场中,原
来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场,与外磁场同向和反向的磁
矢量符合 Boltzmann分布,在数量上同向与反向的差别很小,但正是这一微小的差
别造就了核磁共振光谱学,
B0
M
单位体积内原子核磁矩的矢量和定义为
宏观磁化强度矢量 M (macroscopic
magnetization.其方向与外磁场方向相同
2012年 3月 20日 7
在磁场中,原来简并的能级分裂成不同的能级状态,如
果用适当频率的电磁辐射照射就可观察到核自旋能级
的跃迁,原子核能级的变化不仅取决于外部磁场强度的
大小及不同种类的原子核,而且 取决于原子核 外部电子
环境,这样我们就可获得原子核外电子环境的信息,宏
观上讲,当用适当频率的电磁辐射 (RF)照射样品,宏观
磁化强度矢量从 Z-轴转到 X或 Y轴上,通过接受器,傅立
叶转换就得到核磁共振谱图,
核磁共振, 简介
?
?
B0
M
B0
M
RF 脉冲 接收器
Receiver
FT
S(t)
S(w)
?
??ass1?
2012年 3月 20日 8
核磁共振, 简介
样品, 非磁性及非导电
灵敏度, 样品需含 ? 1015 原子核
溶液
固体 Solids
600 MHz
成像
NMR
2012年 3月 20日 9
核磁共振, 简介
0BE ??w ???
Larmor
频率
化学位移
自旋 -自旋偶合
e.g,
B0=11.7 T,w(1H)=500 MHz
w(13C)=125 MHz
化学位移 ~ B0 ? kHz
自旋 -自旋偶合 ? Hz-kHz
2012年 3月 20日 10
核磁共振, 简介
Information,
Larmor 频率 原子核
化学位移, 结构测定 (功能团 )
J-偶合, 结构测定 (原子的相关性 )
偶极偶合, 结构测定 (空间位置关系 )
弛豫, 动力学
1H
13C
CH3
>C=CH- H
H C
C
C
H
H
H
H
D
JHH
H
C
JCH
C >C=C<
CH3
2012年 3月 20日 11
核磁共振, 简介
1, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
p p m
1, 01, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
1, 0
1, 1
1, 2
1, 3
1, 4
1, 5
1, 6
1, 7
1, 8
1, 9
2, 0
2, 1
2, 2
2, 3
2, 4
2, 5
2, 6
分辨率可通过提高外磁场强
度和增加谱图的维数而提高,
nD NMR (n=2,3,4)
1D 谱
2D (轮廓图 )
2012年 3月 20日 12
NMR 谱仪
FM Audio
反馈
600
谱仪
2012年 3月 20日 13
NMR 谱仪
600 MHz
磁体
探头 机柜
RF 产生
RF 放大
信号检测
数据采集控制
数据信息交流
运行控制
磁体控制
前置放大器
计算机
数据储存 ;
数据处理 ;
总体控制,
2012年 3月 20日 14
NMR 谱仪,机柜
AQX
(Digital)
CCU
TCU
FCU
RCU
VT unit
BSMS
shim
lock
CCU
AQR
ASU
Router
ACB
ADC
RX22
Amplifier
Amplifier
PTS
2012年 3月 20日 15
NMR 谱仪, 探头
RF 接口
RF 线圈
+
调谐元件
(电容器 )
Helmholtz
Solenoid
2012年 3月 20日 16
RF-Coil in NMR Probes
2012年 3月 20日 17
NMR 谱仪, 术语和简写
AVANCE 系统,
FCU,频率控制单元 Frequency Control Unit
ASU,频辐设置单元 Amplitude Setting Unit
TCU,时间控制单元 Timing Control Unit
CCU,协调控制单元 Communication Control Unit
RCU,接收控制单元 Receiver Control Unit
BSMS,布鲁可智能磁体控制系统 Bruker Smart Magnet System
LOT,发射 /调谐开关 Local Oscillator and Tune Board
ACB,功放控制板 Amplifier Control Board
RX22,接收器 Receiver
ADC,数字 /摸拟转换器 Analog to Digital Converter
HPPR,前置放大器 Pre-amplifier
LCB,锁场控制板 Lock Control Board
PTS,频率合成器 brand of synthesizer used
XwinNMR,运行软件 Operating Software
LINUX/WINDOWS,计算机操作系统 SGI Operating Software
Pulse Program,脉冲程序 Operator Instructions for experiment
2012年 3月 20日 18
NMR 谱仪, 术语和简写
AV 系统,
FCU,频率控制单元 Frequency Control Unit
SGU,信号产生单元 Amplitude Setting Unit
TCU,时间控制单元 Timing Control Unit
CCU,协调控制单元 Communication Control Unit
RCU,接收控制单元 Receiver Control Unit
BSMS,布鲁可智能磁体控制系统 Bruker Smart Magnet System
ACB,功放控制板 Amplifier Control Board
RX22,接收器 Receiver
ADC,数字 /摸拟转换器 Analog to Digital Converter
HPPR,前置放大器 Pre-amplifier
LCB,锁场控制板 Lock Control Board
XwinNMR,运行软件 Operating Software
LINUX/WINDOWS,计算机操作系统 SGI Operating Software
Pulse Program,脉冲程序 Operator Instructions for experiment
2012年 3月 20日 19
2,NMR 检测
A,磁化强度矢量,Larmor 频率
B,RF 脉冲,脉冲功率,探头,电击放电
C,磁化强度矢量进动,旋转坐标系,接收器,前置放大器
D,接收器增益值,弛预时间 (T1,T2)
E,傅立叶转换,正交检测,频率扫描宽度,折反峰 folding
B0
M
B0
M
RF pulse Receiver
FT
S(t)
S(w)
A
E
C B D
2012年 3月 20日 20
B0
y
x
z
2,a,宏观磁化强度矢量
600 MHz
B0
y
x
z
M
具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩,在磁场
中,原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场,与外磁场同向
和反向的磁矩矢量符合 Boltzmann分布,磁矩矢量沿磁场方向的进动使 XY平面上的投影相互抵
消,由于沿磁场方向能量较低,故原子分布较多一些而造成一个沿 Z-轴的非零合磁矩矢量,虽然
在理论上经常讨论单一原子的情形,但在实际上,单一原子的核磁信号非常小而无法观测,故此
我们定义单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度矢量 其方向与外磁场方向相同,以此
矢量来描述宏观样品的核磁特性,
2012年 3月 20日 21
2,a,Larmor 频率
核磁矩沿外磁场方向进动的频率称为 Larmor 频率 w或共振
频率,此频率的大小取决于原子核的种类及外磁场的大小,
0~ B?w
n u c leu s sym bol abu n dan c e ( %) f requ e n c y ( MH z)
at 2.35T
p r ot on ( h yd r oge n )
1
H 99.98 100
d e u t e r iu m
2
H 0.015 15.35
p h osph or ou s
31
P 100 40.48
c ar b on
13
C 1.1 25.14
n itr oge n
15
N 0.37 10.13
n itr oge n
14
N 99.63 7.22
f lu or in e
19
F 100 94.08
oxyge n
17
O 0.04 13.56
alu m in u m
27
Al 100 26.06
? 是磁旋比, 它是原子核本身的属性并只能通过实验获取,
在案 BRUKER 仪器上,原子
核的频率是通过参数 BFn
(MHz)设置, 如 BF1 代表第
一通道, 更精细的频率调节
可用参数 On来完成, On叫
频率偏差频率或偏置频,所
以总频率为 SFOn,
SFO1=BF1+O1
2012年 3月 20日 22
2,b,RF 脉冲
核磁信号只能在核磁化矢量位于 XY平面时才能被检测到,使用与原子核 Larmor频率相同
无线电射频即可将 M 从 Z-轴转向 X-或 Y-轴,
M M
rf
+
M
当观测信号时,RF 脉冲是处于关闭状态, NMR信号是在微伏 (microvolts)而 RF脉冲是在
千伏 kilovolts,
2012年 3月 20日 23
2,b.旋转坐标系
为了更好的描述与简化所研究的体系而引进旋转坐标系统,旋转坐标系统中的 Z-轴与传统的
三维坐标系的 Z-轴一致,而其 X-与 Y-轴却以与核磁共振频率相同 (Larmor 频率 )的频率绕 Z-轴
旋转,在此体系中,核磁矩不在围绕 Z-轴旋转而是静止在某一点上,
M
rf
M
rf x
z
y
x’
y’
z
x
z
y
y’
‘传统坐标系 X-与 Y-轴以 Larmor 频率
围绕 Z-轴旋转
‘旋转坐标系
2012年 3月 20日 24
实际应用上的例子, 当磁化矢量被转到 XY平面后,它仍以 Larmor 频率绕 Z-轴旋转,同样的,核
磁信号也以大致相当的频率饶 Z旋转,然而此高频信号 (数百兆赫 )是不可能被数字化的,即使
使用高分辨的 ADC,实际应用上,就将检测到的信号与一参照频率想混合而得到其差频,此差
频落在 100KHz的范围内 (声频 )并很容易被数字化,
混合
检测的信号
(10-800 MHz)
参照频率
(10-800 MHz)
自由衰减信号 (FID)
(audio,0-100 kHz)
接受器 (RX22) 数字化器 (HADC)
计算机储存
2,b.旋转坐标系
2012年 3月 20日 25
通过 RF脉冲的照射,磁化矢量将以 RF脉冲的照射方向为轴在
垂直于 RF脉冲的照射方向的平面内转动,如使用 X-脉冲则磁化
矢量将围绕 X-轴方向在 YZ平面内转动,
-只要 RF脉冲打开,则磁化矢量的转动就不会停止,
-磁化矢量的转动速度取决于脉冲强度,
-脉冲长度将决定磁化矢量停止的位置,
M
rf
x
y
z
45o 90o 180o 270o 360o
2,b,RF 脉冲
2012年 3月 20日 26
90o 或 p/2 脉冲将给出最大的信号,所以也就成为准确测定此参
数的原因之一, 在特定的功率强度下,通过采集一系列不同脉冲
长度的谱图以确定最大值或零强度点,此点就给出 90o或 180o的
脉冲,
在 BRUKER 仪器,RF 脉冲一般以 pn (e.g,p1)等参数来描述其
标准单位是微秒 (ms),功率强度是以 pln,(e.g.pl1)等参数来描述
其标准单位是 dB,
)/lg(2001VdB?
)/lg(10 01 PPdB ?
M
rf
x
y
z
Pulse length
90 180
270 360
)/lg(20 01 VVdB ?
2,b,RF 脉冲
2012年 3月 20日 27
2,b,RF 产生
频率合成器
Sythesizer
频率控制单元
FCU
时间控制单元
TCU
频辐设置单元
ASU
功放
Amplifier
(BLAH,
BLAX)
到探头 电脑指令
2012年 3月 20日 28
2,c,信号接收
M
B0
接受 /发射线圈
经过脉冲照射后,磁化矢量被转到 XY平面上并绕 Z-轴旋转, 由于此转动切割了接
受器的线圈,并在接受器的线圈中产生振荡电流,其频率就是 Larmor频率, 在 NMR
中,接收线圈与发射线圈是同一线圈,
X信号首先被送到前置放大器然后送到接收器,接收器分解此信号使之频率降低到
声频范围,模拟数字转换器将此信号数字化,
V
t
2012年 3月 20日 29
2,c,前置放大器 (Preamp)
去接收器的信号
从功放来的 RF 脉冲
HPPR
控制
1H
X
D
前置放大器
HPPR
前置放大器有两种用途,
1,放大检测的 NMR信号 (从微伏到毫伏 )
2,分离高能 RF脉冲与低能 NMR信号,
前置放大器含有一接收发射开关 (T/R).其作用就是阻止高压 RF脉冲进入
敏感的低压的信号接收器,
2012年 3月 20日 30
2,c,接收器 (Receiver)
检测方法,
具有 Larmor频率 NMR信号与激发脉冲混合,所得的差被数字化,
混合
检测的信号
(10-800 MHz)
参照频率
(10-800 MHz)
自由衰减信号 (FID)
(audio,0-100 kHz)
接受器 (RX22) 数字化器 (HADC)
计算机储存
2012年 3月 20日 31
2,c,接收器 (Receiver)
mixing
信号
(10-800 MHz)
SFO1 + 22 MHz
(32-822 MHz)
自由衰减信号 (FID)
(audio,0-100 kHz)
接收器 (RX22)
Digitizer
(HADC)
计算机储存
RX22 检测过程,
具有 Larmor频率 NMR信号将被混合两次, 首先将信号与
SFO1+22MHz的脉冲混合,然后将所得信号再与 22 MHz混合
而得到具有音频的自由衰减信号 (FID),使用 22MHz频率是为
避免频率泄露与部件间的频率干扰,
混合 (I)
mixing
混合 (II)
IF 22 MHz
2012年 3月 20日 32
2,c,ADC
NMR 信号通常包含许多共振频率及振辐,为能更好的描述 NMR信号,我们一般使
用 16 或 18 bit ADC,增益值 (RG)应被调节到一适当的值,既能充分利用又不至于使
接收器过饱和,
RG 太低 RG 太高 RG 适当
2012年 3月 20日 33
NMR 信号被称为自由衰减信号 (Free Induction Decay 或 FID),
此信号并不能象 COS涵数一样保持同样的振辐持续下去,而是以指数的方式衰减为
零, 此一现象是由所谓的自旋 -自旋弛预造成,(T2 relaxation)
在 BRUKER仪器中,时域信号的数据点是由参数 TD 设定,为使时域信号能够被完全
采集到,TD应为一适当的值,以免使信号被剪断 ( truncation),
2,d,自由衰减信号 (Free Induction Decay)
TD set proper
*
TD too small
2012年 3月 20日 34
在测量 NMR信号的同时,由于仪器的电子元件及样品本身产生的噪音也同样被接收
线圈检测到, 为了得到适当信噪比的图谱我们一般可以增加扫描次数以达到要求的
信噪比 (S/N),信号平均是指通过增加扫描次数来压制噪音而增加信号强度的方法,
N次额外的扫描回给出 倍的增强的信号强度
在 BRUKER仪器中,扫描次数是由参数 ns设置,
另外,增加扫描次数时,一定要考虑 T1弛豫的影响,
也就是说要考虑参数 D1的设置
2,d,信号平均 (Signal Averaging)
noise
level
signal
n
2012年 3月 20日 35
FID 谱图 NS S/N
1
4
16
256
1 (ref)
2x
4x
16x
2,d,信号平均 (Signal Averaging)
2012年 3月 20日 36
2,d,弛豫效应 (Relaxation)
NMR信号是一个以常数为 T2的指数方式衰减的涵数, T2
就是横向弛豫过程的时间常数,
此外,在 XY平面的磁化矢量需要一定的时间回到 Z-轴上,
这一过程需要的时间就叫纵向弛豫时间,其时间常数是
T1,T1 和 T2 与原子核的种类,样品的特性及状态,温度以
及外加磁场的大小有关,
信号平均方法成功的关键就是要正确设定参数 D1,
D1必须是五倍的 T1以保证在下次扫描时磁化矢量完全
回到 Z-轴,
有时为节省时间,使用小角度的脉冲,重复扫描以达到增
强信号的目的,
T1=30s,4 scans
a,D1=150s; 90o pulse; 600s;
b,D1=15s; 90o pulse; 60s;
c,D1=15s; 30o pulse; 60s,
a b c
2012年 3月 20日 37
2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
在核磁共振实验中,由于原子核所处的电子环境不同,而具有不同的共振频率,实际
上,NMR信号包含许多共振频率的复合信号,分析研究这样一个符合信号显然是很
困难的,
傅立叶转换 (FT)提供了一种更为简单的分析研究方法,就是将时域信号通过傅立叶
转换成频域信号,在频域信号的图谱中,峰高包含原子核数目的信息,而位置则揭示
原子核周围电子环境的信息,
time frequency
FT
2012年 3月 20日 38
2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
由于 NMR检测器不能检测出顺时针或反时针方向的核磁信号,傅立叶转换后,将给
出 +w 和 –w两个峰,
x
V
t
x
V
t
FT
0 -w w
2012年 3月 20日 39
NMR Signal
Reference (SFO1)
90o
0o
A
D
C
A
B
Real
Imaginary
数
学
处
理
为了区分顺时针与反时针旋转产生的峰,正交检测方法被用来解决这一问题,通过
使用具有 900相位差的两个基本点检测器,正负频率就很容易区分开,实际应用中,并
非使用两个检测器,而是使用一个检测器,将检测到的信号分成两部分并分别送到
具有偿使用 900相位差两个通道中,
2,e,正交检测 (Quadrature Detection)
2012年 3月 20日 40
Channel A Channel B
FT FT
Channel A + B
2,e,正交检测 (Quadrature Detection)
2012年 3月 20日 41
2,e:傅立叶转换对
cosine
Exponential
(slow)
Exponential
(fast)
block
pulse
time frequency FT time frequency FT
noise
2012年 3月 20日 42
2,e,填零 (ZeroFilling)
在数据采集时,最好只采集数据直到信号衰减为零,但由于数据点较少而影响谱峰
的分辨率,增加采集时间由于信号已没,所采集到的只是噪音,在 FID的尾部通过填零
的方法可以很好的解决这个文题,
TD=SI=128 TD=128; SI=1024
TD TD SI
2012年 3月 20日 43
2,e,线宽因子 (LineBroadening)
Lb=0 Lb=5 Lb=10
NMR信号一般都集中在 FID的前部,后部含有的大部分为噪音,将 FID乘一权重指数
函数就能迫使尾部的 FID为零,其程度由参数 LB控制,当然还有其他的权重涵数可以
利用,使用这些涵数虽可提高信噪比却一牺牲分辨率为代价,在 BRUKER仪器中,这
些涵数统称为窗口涵数,
2012年 3月 20日 44
一个有问题的图谱可以通过检查 FID来诊断,时域上两个涵书的乘积经傅立叶转化
后,其频域的涵数将具有前两时域涵数单独转化成频域涵数的所有特征
(convolution theory),
例如一个被剪切的 FID可以被看成是 FID乘以一常数涵,傅立叶转化后所得涵数具
有 FID及常数涵数的共同特征,
= x FT
2,e:傅立叶转换
2012年 3月 20日 45
正确图谱 Spike Arcing Bad lineshape
(shimming)
2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
2012年 3月 20日 46
采样快慢决定了观测的谱图的频率范围而由所谓的驻留时间参数 (DW)确定,两者
间的关系由下试确定,
sw dw? 12
sw=1000 Hz sw=500 Hz
dw= 0.5ms dw= 1 ms
2,e,傅立叶转换 (Fourier Transformation)
2012年 3月 20日 47
2,e,峰折返 (Folding)
当 NMR 信号数字化时速度太慢时会导致对 FID信号频率的错误表达,数学上为能
正确确定一经过坐标原点的周期涵数的频率,在某一周期内必须有两个已知点,所
以对 FID信号数字化采样时,也必须在某一周期内采集到至少两个点 (Nyquist
Theorem),如果不这样就会产生峰折返,不产生峰折返所能达到的最大频率叫
Nyquist Frequency,
真实峰 出现峰
2012年 3月 20日 48
2,e,频域谱图宽度 (Spectral Window)
在 BRUKER的仪器中,频域谱图的中央点是由参数 SFo1 (=SF + o1)确定, 其中,SF
是所观测的原子核 Larmor频率 ; o1 是偏置频率可以用来改变频域谱图的中央点,
o1 o1 o1
2012年 3月 20日 49
在实际测试未知样品时,可以使用较大的 SW值采样,然后调整 O1采样,最后再调整
SW,
1,较大 sw
2,调整 o1
3,调整 sw
o1
new o1
sw
sw
new sw
2,e,频域谱图宽度 (Spectral Window)
2012年 3月 20日 50
2,e,相位调整 (Phasing)
通常所采集到的谱图含有吸收 (absorption)与扩散 (dispersion)组份, 通过相位调
整可以的到纯粹的吸收峰,
Re Im Re Im
In phase Out of phase
2012年 3月 20日 51
在 BRUKER仪器中,相位调整首先对最大峰进行零级相位调整 PH0,然后以一级相位
调整 PH1来调节其他的峰,
1,FT
phase
2,Adjust ph0
on biggest peak
3,Adjust other
peaks with ph1
2,e,相位调整 (Phasing)
2012年 3月 20日 52
3,NMR,原子核间的相互作用
分子中的原子并不是孤立存在,它不仅在相互间发生作用也同周围环境发生作用,
从而导致相同的原子核却有不同的核磁共振频率,
0BE ??w ???
Larmor
频率
化学位移 自旋 -自旋偶合
e.g,
B0=11.7 T,w(1H)=500 MHz
w(13C)=125 MHz
化学位移 ~ B0 ? kHz
自旋 -自旋偶合 ? Hz-kHz
2012年 3月 20日 53
3,NMR,化学位移 (Chemical Shift)
在磁场中,由于原子核外电子的运动而产生一个小的磁场 Be(local field).此小磁场
与外加磁场 (B0)方向相反,从而使原子核感受到一个比外加磁场 小的磁场 (B0+Blo).
此一现象我们称做化学位移作用或屏敝作用,
B0
Be 原子核实际感受到的磁场,
B = (1-s) B0
s化学位移常数
2012年 3月 20日 54
3,NMR,PPM 单位
由于化学位移是与外加磁场成正比,所以在不同的磁场下所的花絮位移数值也不同
.也会引起许多麻烦,引入 ppm并使用同意参照样品,就是光谱独立于外加磁场,
0 Hz 1500 3000 4500 6000
0 ppm 4 8 12 0 Hz 1500 3000 4500 6000
0 ppm 4 8 12
参照样品峰
ppm s a m p l e r e f e r e n c e
r e f e r e n c e
? ?w ww
300 MHz
500 MHz
300 MHz
500 MHz
1 ppm = 300 Hz
1 ppm = 500 Hz
2012年 3月 20日 55
0 ppm 4 2 8 6 10
HC=O
HC=
CH2
CH3
即使使用不同的仪器或在不同的场强下,相同的官能团具有相同的 ppm值,不同的
官能团由于存在于不同的电子环境因而具有不同的化学位移,从而使结构坚定成为
可能,,
3,NMR,化学位移 (Chemical Shift)
2012年 3月 20日 56
3,NMR,自旋 -自旋偶合 (Scalar Coupling)
相邻的原子核可以通过中间媒介 (电子云 )而发生作用,此中间媒介就是所谓的化学
键,这一作用就叫自旋 -自旋偶合作用 (J-偶合 ).特点是通过化学键的间接作用,
C
H
C
H H
C
异核
J-coupling
同核
J-coupling
JCH JHH
2012年 3月 20日 57
自旋 -自旋偶合引起共振线的分裂而形成多重峰,多重峰实际代表了相互作用的原
子核彼此间能够出现的空间取向组合,
C
H
JCH
C
H
JCH
原始频率
w w-J/2 w+J/2
JCH
3,NMR,自旋 -自旋偶合 (Scalar Coupling)
2012年 3月 20日 58
3,NMR,同核 J-偶合 (Homonuclear J-Coupling)
多重峰出现的规则,
1,某一原子核与 N个相邻的核相互偶合将给出 (n+1)重峰,
2,等价组合具有相同的共振频率,其强度与等价组合数有关,
3,磁等价的核之间偶合作用不出现在谱图中,
4,偶合具有相加性,
例如,
Ha Hb
C C
wa wb
JAB
HB HB HA HA
JAB
obs er ved spi n coupl ed spi n i nt ensit y
A B ? 1
B ? 1
B A ? 1
A ? 1
2012年 3月 20日 59
Ha Hb
C C
Hc
A
B,C
B C
A A
B,C是化学等价的核
JAB=JAC
3,NMR,同核 J-偶合 (Homonuclear J-Coupling)
2012年 3月 20日 60
Ha Hb
C C
Hc
B,C是化学不等价的核
JAC=10 Hz
JAC=4 Hz
JBC=7 Hz
A
B C
wA
JAC
JAC
3,NMR,同核 J-偶合 (Homonuclear J-Coupling)
2012年 3月 20日 61
3,NMR,异核 J-偶合 (Heteronuclear J-Coupling)
*CH *CH2 *CH3
C
H1
H2
H3
C
H1
H2
C
H1
*C
C
2012年 3月 20日 62
由于一些核的自然丰度并非如此 100%.顾此谱图中可能出现偶合分裂的峰和无
偶合的峰,氯仿中的氢谱是一个典型的例子,
x100
H-13C
H-13C
105 Hz
H-12C
3,NMR,异核 J-偶合 (Heteronuclear J-Coupling)
2012年 3月 20日 63
4,NMR,分辨率与稳定性 (Resolution and Stability)
为能区分微小的化学位移和偶合常数,高的分辨率仪器 (0.1Hz)是必须的,它不仅
要求外磁场必须具有相当的稳定性,同时要求处于同位置但相同的核给出相同
的共振频率也就是说线宽要非常得心应手小,
稳定性是通过稳定的磁体及锁场系统来实现,而小的线宽则通过能提供均匀场
强的磁体及匀场来完成,
2012年 3月 20日 64
4,NMR,锁场 (Lock)
实验对磁场稳定性的要求可以通过锁场实现,通过不间断的测量一参照信号 (氘
信号 )并与标准频率进行比较, 如果出现偏差,则此差值被反馈到磁体并通过增
加或减少辅助线圈 (Z0)的电流来进行矫正,
2D
Lock
TX
Lock
RX
Lock
freq,
?
Z0-coil
2012年 3月 20日 65
4,NMR,匀场 (Shimming)
在样品中,磁场强度应该是均匀且单一,以使相同的核无论处于样品的何种位置都
应给出相同的共振峰,为达此目的,一系列所谓匀场线圈按绕制所提供的涵数方式
给出补偿以消除磁场的不均匀性,从而得到窄的线形,实际应用中可分为低温匀场
(cryo-shims)线圈和室温匀场线圈 RT-shims),低温匀场线提供较大的矫正,
2012年 3月 20日 66
4,NMR,匀场 (Shimming)
匀场线圈分为两组,
改变 Z-轴方向场强的称为纵向匀场 (axial,on-axis or z-shims);
改变垂直与 Z-轴方向场强的称为横向匀场 (transverse or off-axis shims),
or d e r on - axis of f - axis
1 Z X,Y
2 Z2 XZ,Y Z,
X2- Y2,X Y
3 Z3 XZ 2,Y Z 2,
( X2- Y2) Z,
X3,Y 3,XY Z
4 Z4 XZ 3,Y Z 3,
( X2- Y2) Z 2
5 Z5
6 Z6
sh im s
Z
Z2
Z3
Z4
Z5z
-h
e
i
g
h
t
- 0, 5 0
- 0, 2 5
0,0 0
0,2 5
0,5 0
s h i m f i e l d
2012年 3月 20日 67
4,NMR,匀场效果 (Effect of Z-Shims)
? ± Z + Z2 - Z2
+ Z4 - Z4 ± Z3 ± Z5
2012年 3月 20日 68
4,NMR,匀场 (Shimming)
x,y,z
z,z2
x,y,xy,
xz,yz,x2y2
z,z2,z3
x,y,xy,xz,yz,
x2y2,xz2,yz2,
x2y2z,xyz
z,z2,z3,
z4
x,y,xy,xz,yz,
x2y2,xz2,yz2,
x2y2z,xyz,x3
y3,x2y2z2
z,z2,z3,
z4,z5,z6
Spinning
Non-spinning
匀场需要丰富经验为基础,通过观察锁场信号高低,样品信号线形及 FID,
2012年 3月 20日 69
4,NMR,匀场 (Shimming)
当初次安装仪器或探头时,旋转与非旋转
样品线形是一个标准的参考数据, 氢谱的
线形数据是通过测量氘代丙酮中 3%的氯
仿而得,
数据 0.3/7/14表明
Hz at 50%;半峰宽
7 Hz at 0.55%;碳卫星峰高度的峰宽
14 Hz at 0.11%1/5碳卫星峰高度的峰宽
13C satellites
215 Hz
2012年 3月 20日 70
4,NMR,Shimming
- 2 0- 1 5- 1 0- 52 0 1 5 1 0 5 0 H z
- 1 0 0- 8 0- 6 0- 4 0- 2 01 2 0 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 H z
样品旋转
在 50,0.55 and 0.11%处确定峰宽数值
50%
0.11%
0.55%
旋转边带
2012年 3月 20日 71
- 1 5- 1 0- 51 5 1 0 5 0 H z
- 1 0 0- 8 0- 6 0- 4 0- 2 01 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 H z
4,NMR,匀场 (Shimming)
50%
0.11%
0.55%
样品不旋转
在 50,0.55 and 0.11%处确定峰宽数值
2012年 3月 20日 72
5,NMR,RF 脉冲
B0
M
在传统坐标系中,由于外加磁场对原子核的作用，磁化矢量以 Larmor 频率绕外加
磁场进动, 如果旋转坐标系的旋转频率与原子核的共振频率相同，在旋转坐标系
中则没有磁场而磁化矢量也就会静止不动．但如果旋转坐标系的旋转频率与原子
核的共振频率有差别，则磁场就会出现而磁化矢量会围绕此小磁场运动．此小磁
场叫 偏置场,
?w
M M
传统坐标系 旋转坐标系
在共振 共振偏置
旋转坐标系
2012年 3月 20日 73
5,NMR,RF 脉冲
z
w1= weff
x
z
w1
?w
x
weff
z
w1= weff
x
M
在共振的
RF脉冲 共振偏置的ＲＦ脉冲
如果 RF 脉冲施加在原子核的共振
频率，则磁化矢量就绕施加的ＲＦ
场转动,
如果 RF 脉冲未施加在
原子核的共振频率则磁
化矢量就绕施加的ＲＦ
场与磁场的合场方向转
动,
M
z
weff
x
2012年 3月 20日 74
5,NMR,共振与偏置共振（ On and off resonance）
在共振
接近共振
偏置共振
通过改变Ｏ１以达
到共振频率
2012年 3月 20日 75
由于核磁共振的样品经常包含多余一个的峰，ＲＦ脉冲不可能对所有的共振进行在共振激发．
但若以高功率的脉冲（使有效场尽可能贴近ＸＹ平面）仍可达到近似的效果．实际应用上使用
短而强的脉冲,
z
w1
?w
x
weff
z
w1= weff x
z
w1
?w
x
weff
RF (O1)
5,NMR,RF 脉冲
2012年 3月 20日 76
p/2 = 6 ms
0 20000 40000 60000 80000
?w (Hz)
0 20000 40000 60000 80000
?w (Hz)
p/2 = 18 ms
p = 36 ms
磁化矢量与偏置共振的关
系
5,NMR,RF 脉冲
2012年 3月 20日 77
计算脉冲强度,
若 p/2 脉冲 10 ms
则 2p 脉冲 40 ms
那么 w1 ＝ 1/40ms = 25 kHz
若 p/2 脉冲太长，可以增加功率是
其变短,不要超过探头所能负担的
功率否则会损坏探头！！！
RF功率放大器的输出功率是用 dB,
dB的数值表示与最大输出功率相比实际输出功率衰减的程度,
由上式可看出每 6 dB 衰减将使输出的伏特值减半而使９０ ０ 脉冲长度加倍．
在ＢＲＵＫＥＲ仪器中，脉冲强度由Ｐ ln设定．１２０ dB表示小强度，０表示
大强度,
Attenuation(dB)= -20 log (V/Vmax)
5,NMR,RF 脉冲
2012年 3月 20日 78
5,NMR,９０ ０ 脉冲测定（ Paropt）
Paropt 是一ＡＵ程序．它可改变某一参数（Ｐ１，Ｄ
１，Ｏ１等）并将一系列处理的谱图列出．谱图储存
在处理数控９９９的文件中,
运行 Paropt,首先要得到一谱图以确定谱
图战士区域,(dp1),然后在特定的脉冲
强度改变Ｐ１值．最大峰为何９０ ０,
第一个零点为１８０ ０,
dp1
2012年 3月 20日 79
通过限定激发宽度，我们就可选择的激发某一特定区域．施加等幅或调制振幅
与相位选择性脉冲可完成这一使命,
等幅 调制 RF
选择激发
Dante 软脉冲 整形脉冲 Adiabatic Pulses
Shaped Dante
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 80
通过对ＲＦ脉冲的时域涵数傅立叶转换，此脉冲的激发图象可在频域谱中直观的
表现出来,
frequency
FT
频率 时间
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 81
1500 1000 500 -500 0 -1000 -1500 Hz
激发脉冲的时域与频域关系，可使制作整形脉冲和选择激发区域变得容易,
RF shape Excited region
FT
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 82
Rectangle
Sinc
Sinc(3)
Gauss
Half Gauss
Dante
Pulse Excitation FT Pulse Excitation FT
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 83
- 1 5 0 0- 1 0 0 0- 5 0 01 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 H z
选择脉冲的长度决定
激发区域,
Gauss,4 ms
‘ hard’ p/2 pulse
Gauss,2 ms
Gauss,1 ms
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 84
- 1 5 0 0- 1 0 0 0- 5 0 01 5 0 0 1 0 0 0 5 0 0 0 H z
Eburp,20 ms
通过改变选择脉冲的频率
可以改变选择激发的位置
spoffs1 etc,
5,NMR,选择性脉冲（ Selective RF Pulses）
2012年 3月 20日 85
,
P uls e s ha pe puls e a ng le R F fie ld A t t e nua t io n ( dB ) Ba ndwidt h ( 1 /t p )
Sq u a r e 90 1 0 1,0
Sin c ( 3 ) 90 5,8 - 1 5,3 5,0
G a u ss 90 2,5 - 8,0 1,4
G 4 C a sc a d e 90 1 8,3 - 2 5,2 7,3
E b u r p - 1 90 1 5,4 - 2 3,8 4,3
U b u r p 90 4 3,7 - 3 2,8 4,2
Sq u a r e 180 2 -6 0,8
Sin c ( 3 ) 180 1 1,6 - 2 1,3 3,2
I b u r p 180 1 3,4 - 2 2,5 4,4
Re b u r p 180 2 4,0 - 2 7,6 4,6
G 3 C a sc a d e 180 1 4,4 - 2 3,1 5,4
5,NMR:整形脉冲的一些特性
2012年 3月 20日 86
6,NMR,Decoupling
原子核间的偶合导致谱图的复杂化,
C
H
JCH
C
H
JCH
original
frequency
w w+J/2 w-J/2
JCH
2012年 3月 20日 87
6,NMR,去偶 (Decoupling)
如果峰数不多, 偶合的方式仍可分析出, 但当很多锋出现时, 偶合方式的分析就
不是那么容易,
*CH3-CH2-
未去偶
氢去偶
2012年 3月 20日 88
氢对碳的偶合作用可以通过对氢施加一个脉冲消除,此一技术称为去偶,对氢核的
饱和照射,促使氢核的自旋状态快速的变换,临近的碳核无法感觉到氢核的自旋状
态的取向而只感受到氢核两种取想的平均效果,具体的说,对氢核的饱和照射使碳
核原来的两条共振线 w-J/2和 w+J/2合并平均而得到 [(w-J/2)+(w+J/2)]/2=w,
C
H
JCH
C
H
JCH
p-pulse on H
这相当于使用一系列 1800脉冲快速照射氢核,
C-H pH C-H pH pH pH C-H C-H C-H C-H pH
w+J/2 w-J/2 w+J/2 w-J/2 w+J/2 w-J/2
6,NMR,去偶 (Decoupling)
2012年 3月 20日 89
氢去偶除简化碳谱还因为有核的 Overhauser效应而增加信噪比,
decoupled
coupled
C-H
C-H2
*CH3-CH2-
6,NMR,去偶 (Decoupling)
2012年 3月 20日 90
实际应用中,一个连续脉冲照射在氢的共振频率而不是使用一系列 1800脉冲,次
法称为宽带去偶, 去偶实验应注意以下两点,
1.氢脉冲应施加在氢的共振频率上,
2脉冲的强度要足够强但又要比探头承受的强度低,
6,NMR,去偶 (Decoupling)
2012年 3月 20日 91
6,NMR,去偶与脉冲强度的关系
0
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.5
5
去偶与脉冲强
度的关系
2012年 3月 20日 92
6,NMR,去偶,脉冲强度及偏值频率的关系
Proton resonance offset
Pro
ton
R
F
po
we
r
2012年 3月 20日 93
6,NMR,组合脉冲去偶 (Composite Pulse Decoupling)
在工作上的去偶实验很易成功,但偏置共振中,去偶效率随偏置频率的增加很快降
低,虽可增加脉冲强度,但探头对大功率的承受程度又阻止无限增加脉冲强度,
好的解决方法就是将去偶的强度均匀开以增加去偶的宽度,
一系列的组合脉冲适用于此一目的, Waltz,Garp,Dipsi,Mlev etc,称为组合脉冲
去偶序列或 CPD.使用这些脉冲序列要设置两个基本点参数 900脉冲长度及强度,
2012年 3月 20日 94
7,NMR,水峰压制 (Water Suppression)
核磁共振实验样品有许多是溶在水中,而水的共振信号又是实际样品的数千甚
至数万倍,ADC的资源基本上被用来描述水峰而很少一部分用来描述实际的样
品以致样品的信号被淹没在噪音,
x 64
问题,
- 动态范围 ;
- 实际样品的信号低 S/N;
-实际样品的信号淹没在基线噪音中 ;
- 接近水峰的信号,骑,在水峰上,
解决方法, 在采样前压制水峰, 一经常用到的方法
是预饱和,
2012年 3月 20日 95
7,NMR,预饱和 (Presaturation)
使用一长约定 1-2s而低的脉冲选择的使水峰达饱和状态,然后用一硬 900脉冲激
发样品,其结果是使接受器的增益参数增加而提高动态范围及 S/N,
5, 1 4, 6 4, 1 3, 6 p p m
zg
rg=1
zgpr
rg=64
压水峰实验,
1,脉冲序列 zgpr;
2,预饱和时间为 1.5s;
3,O1移到水峰位置,
4,逐渐的增加脉冲强度 ;
5.优化匀场条件,并准确调整 O1位置,
2012年 3月 20日 96
8,Two-Dimensional NMR
如果使用两个基本点脉冲采集一系列谱图,同时依此增加两脉冲的时间间隔 t1.第一
个脉冲将磁化矢量转到 XY平面上,此磁化矢量将围绕 Z-轴旋转,由于在不同时间内
磁化矢量转到不同的位置,导致第二个脉冲过后采集到的 FID具有不同的相位和振
幅,于是可以说这一系列 FID的相位和振幅被 t1所调制,
t1 t2
2012年 3月 20日 97
8,2D NMR
FID的相位及振幅被 t1调制也就等于谱图的相位及振幅被 t1调制,从傅立叶转换中
很容易看到这一点,
FT (t2)
t2
t 1 t 1
f2
2012年 3月 20日 98
8,2D NMR
对 t1进行第二次傅立叶转换就可以确定调制频率,就是将所有谱图的第一个点进行
傅立叶转换,然后第二个点一直到所有的点,所得的谱图就是一个单位均为频率的
两维谱图,
FT
(t 1
)
f2 f2
f 1 t 1
2012年 3月 20日 99
8,2D NMR
2D NMR 谱图常以轮廓图表示而不用
三维的方式,相同情况同样使用在地
图上
10 20
30 40
50 60
20
40
60
0.5
1
1.5
2
10 20 30 40 50 60
10
20
30
40
50
60
2012年 3月 20日 100
8,2D NMR
两维谱图可简化图谱增加分辨率同时
也可得到原子间的相关关系,
1, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
p p m
1, 01, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4 p p m
1, 0
1, 1
1, 2
1, 3
1, 4
1, 5
1, 6
1, 7
1, 8
1, 9
2, 0
2, 1
2, 2
2, 3
2, 4
2, 5
2, 6
2012年 3月 20日 101
8,2D NMR,Cosy
2D Cosy 谱中,交叉峰
f1=a,f2=b 表明 a与 b有
自旋 -自旋偶合作用,投
影图将给出一般的氢谱
5 4 3 2 1 0
0
1
2
3
4
5
C交叉峰 s 对角线峰
2012年 3月 20日 102
8,2D NMR,Cosy
2
4
6
8
p p m
2468p p m
500 MHz N-type COSY
spectrum of Strychnine,,
RF
p/2
FID
p/2
t1
Cosy 经常用于氢的二维谱,在此基
础上演化出 Tocsy,and DQF-Cosy,
2012年 3月 20日 103
8,2D NMR,Noesy
Noesy的 交叉峰表示原子相互
在空间上相邻,其强度可用来
估算原子间距并以此推断分子
的空间结构,
Ha
Hb
0
1
2
3
4
5
5 4 3 2 1 0
fa
fb
fc
Hc
2012年 3月 20日 104
8,2D NMR,Noesy
p p m
1 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 p p m
1 0
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Noesy 经常被用来确定一些生
物大分子象蛋白质,核酸,DNA,
RNA 等,
水中 gramicidine 的 400 MHz
Noesy 谱,
2012年 3月 20日 105
8,2D NMR,异核相关谱 (Heteronuclear Correlation)
100 80 60 40 20 0
2
5
4
3
1
0
1H
13C
C-H异核相关谱给出碳氢的
偶合关系,
2012年 3月 20日 106
8,2D NMR,Heteronuclear Correlation
异核相关谱可通过观测碳 (1H-13C
Hetcor) 或观测氢 (HMQC,HSQC),
观测氢的实验也称做反相实验,
6 0
7 0
8 0
9 0
p p m
45p p m
FID 1H
p/2 p
13C
p/2 p/2
? ?
t1
13C-1H HMQC
of Sucrose in D2O
13
C
1H
2012年 3月 20日 107
核磁共振光谱中的磁场梯度原理
Principles of Magnetic Field
Gradients in NMR Spectroscopy
9,磁场梯度 (Magnetic Field Gradients)
2012年 3月 20日 108
梯度场被广泛的应用在核磁共振实验,其特点是,
- 消除额外干扰信号而增加动态范围,
- 节省时间 (不在需要相位循环 )
- 减少信号干扰 ( t1-噪音 )
- 提高谱图质量,
9,磁场梯度 (Magnetic Field Gradients)
2012年 3月 20日 109
0
2
4
6
8
p p m
02468p p m
0
2
4
6
8
p p m
02468p p m
‘ Worst case’ scenario Cosy
spectrum,
t1-噪音峰
中央峰
(axial peaks)
扫描循环太快
在相同条件下采集的梯度场
Cosy 谱
9,磁场梯度 (Magnetic Field Gradients)
2012年 3月 20日 110
同性均匀磁场
进动频率 (Larmor) w 正比与 ?i
B0
?i 磁旋比,
?1H=4 ?13C
若 B0 = 11.7T 那么
w1H=500 MHz
在旋转坐标系 (w)
磁化矢量静止不动
z
B0
u
v z
x y
9,梯度场
2012年 3月 20日 111
在外磁场施加一个 Z方向的梯度场,
施加的梯度场与外磁场叠加,因
此,原子核将经历一个不同的磁
场,因而将围绕新的磁场以不同
的频率进动,
w(z) = ? B0 + ? z Gz
z
B0
u
v
+
+
+
+
+
zGz
z
x y
9,梯度场
2012年 3月 20日 112
在旋转坐标西中,假如
梯度场强为 20 G/cm 线
圈的有效长度是 1 cm,
1Gauss相当于
4258 Hz氢的频率, 处于
z = +0.5 cm的原子核就
会以 0.5*20*4258 =
42580 Hz的速度旋转,
而在 z = 0的原子则静
止不动,
z
B0
u
v
+
+
+
+
+
0
0.25
0.5
-0.25
-0.5
0
21290
42580
- 21290
- 42580
wz(Hz)
zGz
z
x y
z (cm)
在外磁场施加一个 Z方向的梯度场,
9,梯度场
2012年 3月 20日 113
由于所处不同平面位置的原子核将感受到不同的磁场而磁化矢量具有不同的旋转频率,从而
形螺旋状,其螺矩取决于梯度场的强度,
z
B0
u
v
+
+
+
+
+
zGz
z
x y
9,梯度场
2012年 3月 20日 114
MRI/NMR imaging 叠加在主磁场上的梯度场使原子核的共振频率成为空间的涵数,
在核磁成象 (MRI)实验中,磁化矢
量是在梯度场打开的情况下检测
的,所以 MRI谱图给出频率的分布
.每一频率层表明样品中的不同
位置而其强度表明具有相同频率
原子核的数量,
(Reproduced from Ernst et al,Principles Of Nuclear Magnetic Resonance in
One and Two Dimensions,Oxford University Press)
9,梯度场成象
2012年 3月 20日 115
x
y
x
z image plane
y
9,Gradients,Imaging
2012年 3月 20日 116
9,梯度场在 NMR的应用
由于梯度场使处于不同位置的原子核具有不同的频率,因此在施加梯度场前转到
XY平面的聚焦的磁化矢量,在梯度场打开后会很快散开,梯度场关闭磁化矢量将以
没有梯度场时的频率旋转,梯度场实际是以脉冲的形式施加在样品上,不同强度的梯
度场脉冲可以使磁化矢量散开相同的程度,只是施加梯度场的时间不同而已,
磁化矢量
注意,只有横向磁化矢量
被散焦,而纵向磁化矢量
不受影响, 信号
X
Y
2012年 3月 20日 117
9,梯度场 (水峰压制 )
1,选择激发水峰
2,施加梯度场打散水峰信号
3,900硬脉冲激发其他峰信号,
0
0
0
2012年 3月 20日 118
p/2 p/2
RF
水峰
梯度
FID
ref,Doddrell et al.J.Mag.Reson 1986,70,176
5, 3 4, 8 4, 3 3, 8 3, 3 p p m
2mM Sucrose in H2O
top,single pulse
bot,Submerge rg=1
rg=64
x8
9,梯度场 (水峰压制 )
SUBMERGE,使用梯度场及
选择性脉冲的水峰压制
2012年 3月 20日 119
在许多应用中,被梯度场打散的确信号有通过施加梯度场重新聚焦形成回波, 两个基
本的脉冲序列,‘gradient recalled echo’和‘ gradient spin echo’,
1,Gradient Recalled Echo
5
RF
梯度场
FID
1 2 3 4
p/2
X
Y
1 4 3 2 5
9,梯度回波
2012年 3月 20日 120
RF
p/2
梯度场
FID
start acquisition
时间 (ms)
0 5 10 15 20 25
0, 0 2 00, 0 1 50, 0 1 00, 0 0 5 s e c
9,梯度回波
2012年 3月 20日 121
2a,自旋回波
2b,梯度回波
RF FID
1 2 3 4 5
p/2 p
RF FID
梯度场
1 2 3 4 5 6
p/2 p
X
Y
1 4 3 2 5 6
X
Y
1 4 3 2 5
9,梯度回波
2012年 3月 20日 122
RF
p/2
梯度场
FID
开始采样
时间 (ms)
0 5 10 15 20 25
p
0, 0 2 00, 0 1 50, 0 1 00, 0 0 5 s e c
9,梯度回波
2012年 3月 20日 123
RF
p/2
梯度场
FID
ref,Piotto et al,J.Biomol.NMR (1992),2,661
选择 1800脉冲翻转除水外
原子核的自旋状态
5, 1 4, 6 4, 1 3, 6 p p m
2mM Sucrose in H2O
top,single pulse
bot,Watergate
rg=1
rg=64
水门 (WATERGATE)
利用梯度回波的水峰
压制
9,梯度场,水峰压制
2012年 3月 20日 124
9,梯度场替代脉冲相循环
许多 NMR 实验利用 RF 脉冲的相循环以选择需要的,coherences”(同相重叠态 ),
梯度场可实现同一目的从而消除了相循环,
例如 COSY 实验, 为实现正交检测,消除横向轴峰需要四步相循环, 而使用梯度
场一步即可完成,
RF
p/2
gradient
FID
p/2
t1
1 n
n=1 N-type
n=-1 P-type
2012年 3月 20日 125
9,COSY P/N 选择, 一次扫描
500 MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
只扫描一次导致 P,N-型谱同时出现,
RF
p/2
FID
p/2
t1
相位 0 0
C H H H C = Br N-type 对角线
Axial peaks
P-type 对角线
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
2012年 3月 20日 126
- 1 0 0
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
500MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
扫描四次消除横向轴峰及实现正交检
测,
RF
p/2
FID
p/2
t1
相位 0 0 90
180
270
0
180
0
180
C H H H C = Br
9,COSY P/N 选择, 相循环
2012年 3月 20日 127
- 4 0 0
- 3 0 0
- 2 0 0
- 1 0 0
0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
500MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
使用梯度场扫描一次消除横向轴峰及
实现正交检测,
RF
p/2
梯度场
FID
p/2
t1
1 n
n=1 P-type
C H H H C = Br
9,COSY P/N 选择, 梯度场
2012年 3月 20日 128
n=-1 N-type
0
1 0 0
2 0 0
3 0 0
4 0 0
H z
01 0 02 0 03 0 0H z
C H H H C = Br
500MHz vinylbromide的氢 COSY谱,
使用梯度场扫描一次消除横向轴峰及
实现正交检测,
RF
p/2
梯度场
FID
p/2
t1
1 n
9,COSY P/N 选择, 梯度场
2012年 3月 20日 129
2
4
6
8
p p m
2468p p m
500MHzN-type Strychnine的氢
COSY谱,使用梯度场扫描一次
9,COSY P/N 选择, 梯度场
2012年 3月 20日 130
9,多量子过滤中的梯度场
500 MHz 使用单 (上 )双 (下 )量子过
滤的重水中蔗糖的氢谱,
RF
p/2
梯度场
FID
p/2 p/2
1 n
多量子同相重叠态的,阶,指两状态的
磁量子数之差,处在 多量子同相重叠态
的 核磁子散相的速度与其,阶,成正比,
通过使用一定比例的一对梯度检测之
前而可以选择的聚焦某一处于 多量子
同相重叠态的原子核,
5, 2 4, 7 4, 2 3, 7 p p m
2012年 3月 20日 131
4, 0 3, 5 3, 0 2, 5 2, 0 1, 5 1, 0 p p m
甲乙醚, CH3-CH2-OCH3
MQ 选择 (1:n)的两梯度场
CH2
OCH3
CH3
n=1
n=2
n=3
n=4
n=5
9,多量子过滤中的梯度场
2012年 3月 20日 132
500 MHz 双量子过滤的 COSY 谱 (m
of 1,4 androstene-dione),一次扫描,
1, 0
1, 2
1, 4
1, 6
1, 8
2, 0
2, 2
2, 4
p p m
1, 01, 21, 41, 61, 82, 02, 22, 4p p m
9,多量子过滤中的梯度场
2012年 3月 20日 133
9,异核梯度实验
在 1H-13C反相实验中,一个需要解决的
问题是抑制那些没有与 13C相连的氢
的信号,梯度提供了一种比相循环更
有效的方法, x128
氯仿
上,单脉冲
下, 一维梯度的 HSQC,
rg=1
rg=64
2012年 3月 20日 134
梯度场作用在不同的核将引起不同的进动频率, w(z) = ?i Gz z,例如 z = 0.5 and
Gz = 20 G/cm 的氢核,具有 42580 Hz,而碳核 10625 Hz (? 13C = 1/4 ? 1H),
13C FID
1H
transfer
gradient
1
4
gradient 1
4
or
在一些异核的实验中,有时利用将
磁化矢量从一个核转到另一个核
上,磁化矢量转移后,如果需要使
用梯度场重新聚焦时,要注意根据
磁旋比调整梯度场的强度或长度,
9,异核梯度实验
2012年 3月 20日 135
9,异核多量子相关图
FID 1H
p/2 p
13C
p/2 p/2
?
t1
梯度场
2 2 1
6 0
7 0
8 0
9 0
p p m
45p p m
重水中蔗糖的
13C-1H HMQC
2012年 3月 20日 136
FID 1H
p/2 p
13C
p/2 p/2
? ?
t1
gradient
2 2 1
6 0
7 0
8 0
9 0
p p m
45p p m
9,异核多量子相关图
重水中蔗糖的
13C-1H HMQC
2012年 3月 20日 137
9,分子扩散的测定
zGz
x
y
zGz
x
y
溶液中的分子的扩散作用可以用扩散系数 D来描述, 此常数可以利用梯度场通过
NMR实验测定,
如果施加一个线性梯度场,样品的磁化矢量将依据其所处的位置以一定的频率旋转,
施加第二个梯度场将使散开的磁化矢量重新聚焦而形成回波, 但如果一些核磁子具
有的扩散运动使其位置发生变动,其旋转频率也随之发生改变,致使所形成的回波强
度降低,
2012年 3月 20日 138
研究扩散可使用梯度自旋回波或激发回波序列,以寻找回波强度与梯度场间的时
间或梯度场强度的关系来确定扩散系数,
C o n s ta n t Ti m e S ti m u l a te d E c h o S e q u e n c e
- 11 0 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 p p m
1, 01, 52, 02, 53, 03, 54, 04, 5 p p m
0 0, 5 1 1, 5 2 2, 5 3
x 1 0
9
-4
- 3, 5
-3
- 2, 5
-2
- 1, 5
-1
- 0, 5
0
k
2
?
ln
(
I/
I
0
)
k2?
ln
I/I 0
斜率 D
9,分子扩散的测定
2012年 3月 20日 139
9,Flow measurements
由于在梯度场中,分子扩散的运
动是杂乱无章的所以随梯度场
间时间增加而使回波强度减弱,
但如果迫使溶液流动,从被调制
的回波便可测定流动的缩短,
zGz
x
y
zGz
x
y
flow
此法可用在测量动脉血管中
血的流动速度,
2012年 3月 20日 140
9,梯度场设备
Spectrometer 探头
preemphasis
unit
单或三轴梯度线圈
过滤器
梯度放大器
2012年 3月 20日 141
9,Nomenclature
PFG,脉冲梯度场 (Pulsed Field Gradients)
GS,梯度场选择 (Gradient Selected)
GRASP,梯度增速光谱学 (Gradient Accelerated Spectroscopy)
GE,梯度场增强 (Gradient Enhanced)
Preemphasis,调整梯度脉冲以弥补线圈中残余电流的影响 (Pre-shaping the
gradient pulses in order to compensate for eddy currents)
Recovery time,梯度脉冲后,线圈恢复时间 (Settling time after a gradient pulse),
2012年 3月 20日 142
9,梯度脉冲的预调整 (Preemphasis)
由于 eddy 电流 及梯度线圈的感抗使梯度脉冲的形状扭曲,
调整输入的线形而使梯度脉冲的形状得以改观,
预调整后输入形
输入形 得到
得到
2012年 3月 20日 143
9,单或三轴梯度线圈
第一代带梯度探头只有 Z-方向梯度它可以完成大部分核磁实验,但在复杂的实
验中多次使用梯度脉冲有可能产生不需要的回波信号,
三轴梯度探头能产生 XYZ三个方向的梯度场而使 在复杂的实验中避免由于多
次使用梯度脉冲有可能产生不需要的回波信号,
Gz 梯度回波
gradient echo
Gz
无回波
no echo !! Gx
2012年 3月 20日 144
10,高分辨魔角旋转光谱
High Resolution MAS Spectroscopy
魔角旋转已被广泛应用在
非固体物质的研究中,此一
技术称为高分辨魔角旋转
光谱 (Hr-MAS)
2012年 3月 20日 145
6, 0 5, 0 4, 0 3, 0 2, 0 1, 0 p p m
当样品具有一定的流动性虽能平均掉相
当一部分固体具有的各向异性, 但仍不
能达到象液体那样的分辨率, 魔角旋转
可以用来平均掉剩余的线宽而接近液体
谱图中的线宽,
液体探头
20 Hz || B0
500 MHz 脂肪瘤组织（ human
Lipoma tissue）的氢谱
ＭＡＳ探头
5KHz 在魔角
10,高分辨魔角旋转光谱
2012年 3月 20日 146
狗的血样品
1H-CPMG-谱使用 400 MHz
HR-MAS（ 上谱）１２微升样品
hr-MAS 给出更高的分辨率
800 MHz 标准 5mm 探头（下谱）
350 微升
10,高分辨魔角旋转光谱
2012年 3月 20日 147
10,hr-MAS 系统
dp 350 vd 4000
bp 1200 va 4000
Accustar
pulse
blank
15V
prot
reset
自动进样器
Sample changer
梯度场放大器
GradientAmplifier
气动单元
Pneumatic Unit
hr-MAS 探头
转子
转子转移管
Rotor transfer tube
2012年 3月 20日 148
10,hr-MAS 组合化学中的应用
(ppm)
6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.0 7.1 7.2
a
a
b b b b
a,para di-substituted aromatic
b,meta di-subtituted aromatic
O O O
O
O
N
H
O n
Tentagel
bead
(n = 10 -15)
聚苯已稀树脂 连接物 底物
在 Tentagel 树脂上包括间,对位
取代芳香环的小有机分子的 1H
hr-MAS NMR 谱,
Avance 400,将 2mg 放在 4mm 转
子的盛有氘代氯仿的球型容器中
．,cpmg 40 msec,3200Hz 转速
2012年 3月 20日 149
10,hr-MAS 在生物组织的应用
受控的细胞与组织的 1H-
HR-MASCPMG-谱
400 MHz
转速 4000Hz
2012年 3月 20日 150
10,hr-MAS 活体样品的应用（ living white worm）
Avance 400,将活的白
蠕虫（ enchytraeid) 放
在 4mm 转子的盛有容剂
的容器中,
氢谱,cpmg 40 msec,
3200Hz 转速，容剂 9０
%H2O/１０ % D2O,
预饱和ＴＯＣＳＹ谱,
3200Hz 转速，容剂 9５
%H2O/５ % D2O
2012年 3月 20日 151
0
2 5
5 0
7 5
1 0 0
1 2 5
1 5 0
p p m
12345p p m
6, 0 5, 0 4, 0 3, 0 2, 0 1, 0 p p m
脂肪瘤组织（ Lipoma tissue） 的 500
MHz 1H-13C 梯度 -HMBC 谱 MAS 5 kHz;
1 ms 正弦梯度脉冲（ 25G/cm）,
(sample courtesy of Dr,Singer,
Brigham and Women’s Hospital),
10,hr-MAS 在生物组织的应用
2012年 3月 20日 152
10,hr-MAS of biological tissue
相同强度
Lipid
CH2-CO
Lipid
CH2-C=C
Lipid
CH2-CH2-CO
Lipid
CH2
Lipid
CH3
0, 81, 21, 62, 02, 42, 83, 2
( p p m )
Citrate
Lactate
Alanine
放大＊１０
人前列腺组织 （ prostate tissu）
良性 vs,恶性 癌症组织给出更
多的脂类物含量
（ lipid ）！！
！
