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NMR波谱仪是一种基于原子核磁性的分析技术
2025年05月14日 16:13
来源：布鲁克磁共振事业部
NMR波谱仪(NMR)是一种基于原子核磁性的分析技术，通过探测原子核在强磁场中对射频辐射的吸收与发射，获取分子结构、动力学及相互作用等信息。其核心原理是核磁共振现象，即原子核在磁场中产生能级分裂，当受到特定频率的射频脉冲激发时，核自旋发生能级跃迁，并在弛豫过程中产生可检测的信号。
原子核如氢核(1H)或碳核(13C)等具有自旋特性，在无外磁场时，其自旋方向随机，磁矩矢量和为零。当置于强磁场中，核自旋会沿磁场方向取向，形成能级分裂：自旋量子数为I的核分裂为2I+1个能级。例如，氢核(I=1/2)分裂为两个能级，能量差与磁场强度成正比。此时施加与能级差匹配的射频脉冲，核会吸收能量并发生能级跃迁，从低能态跃迁至高能态。脉冲结束后，核通过驰豫过程回到初始状态，释放出射频信号，这一信号被接收器捕获并转化为频域谱图。
NMR波谱仪主要由四大部分组成：磁铁系统、射频系统、信号接收与处理系统以及样品装置。磁铁系统提供强磁场(超导或永磁)，是实现核能级分裂的关键；射频系统负责产生激发核自旋的脉冲，并通过频率扫描覆盖不同化学环境的核；信号接收器采集弛豫过程中产生的感应电流，经放大和傅里叶变换后得到频谱；样品装置通常为旋转探头，确保样品在强磁场中均匀受激，减少因分子取向导致的信号偏差。
核磁共振波谱的核心信息来源于化学位移，即不同化学环境中原子核的共振频率差异。例如，氢谱中甲基、亚甲基等基团的质子因电子云密度不同，共振频率各异，形成特征峰。通过测量峰的位置(化学位移)、面积(质子数量)及裂分模式(耦合常数)，可推断分子骨架、取代基位置及构型。此外，二维核磁共振技术(如COSY、HSQC)通过多维频谱揭示原子间的空间关联，解决复杂分子(如蛋白质、多糖)的结构解析难题。
关键词：
NMR波谱仪,DNP-NMR波谱仪
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