2000年6月第24卷第2期河北师范大学学报(自然科学版)JournalofHebeiNormalUniversity(NaturalScience)Jun.2000Vol.24No.2核磁共振技术的进展张丽君(河北师范大学化学系,河北石家庄050016)α摘要:介绍了核磁共振技术的基本原理及进展,评述了近20a核磁共振仪在石油化工、生物化学、医药等方面的应用研究,展望该技术针对21世纪前沿科学的发展和要求还有待于解决和完善的内容,并指出核磁共振波谱技术将成为21世纪一个异常广阔的谱学研究领域.关键词:核磁共振(NMR);NMR谱仪中图分类号:O657.2文献标识码:A文章编号:100025854(2000)0220224204核磁共振波谱(nuclearmagneticresonancespectroscopy)NMR是当代化学中一种重要的谱学研究手段,其广泛的应用范围是磁共振波谱学活跃领域的一个重要特征.例如用高分辨核磁共振技术研究液相生物大分子的空间构象,用固体NMR方法研究材料等,核磁共振成像技术则已广泛用于医疗诊断,测试大脑功能活动等方面.这些广泛而重要的应用又不断促进波谱学技术的创新,相应地使仪器设备不断改进发展而形成科学技术上近期以及今后相当一段时期中非常活跃的一个领域,NMR波谱学仪器和成像仪器已经成为先进国家规模相当大的产业,是21世纪科学研究不可缺少的工具.1核磁共振基本概念及原理原子核磁性的大小一般用磁矩Λ表示,Λ具有方向性,Λ=ΜhI,h是普朗克常数,I为自旋量子数,简称自旋.旋磁比Μ实际上是原子核磁性大小的度量,Μ值大表示原子核的磁性强,反之亦然.在天然同位素中,以氢原子核(质子)的Μ值最大(42.6MHzƒT),因此检测灵敏度最高,这也是质子首先被选择为NMR研究对象的重要原因之一.当把有磁矩的核(I≠0)置于某磁场中,该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动——拉莫尔进动,其频率由下式决定:Ξ=2ΠΜ,式中Ξ为角频率,Μ为拉莫尔进动频率.当外加射频场的频率与原子核的的原子核(I=0)没有磁矩,这类核观察不到NMR信号,如12C,16O,32S等,I=1的原子核是NMR中研究2得最多的核,如:1H,13C,19F,15N,29Si,31P等.2核磁共振及其谱仪的发展史1946年,美国哈佛大学的Purcell学派和斯坦福大学的Bloch学派各自独立观察到一般状态下物质的核磁共振现象.但是,对于这一重大发现,当时并未引起人们的足够重视,因为这种实验技术除了用于测定原子核的磁矩外,尚不知有别的用途.直到1949～1951年间,随着化学位移和自旋偶合的相继发现,NMR讯号才与化学结构联系起来成为解决化学问题的一种工具,在其他领域也有广阔的应用前景.因此,Purcell和Bloch等1952年获得诺贝尔物理奖.1953年美国Varian公司成功研制了世界上第品化NMR谱仪(EM300型,质子工作频率30MHz,磁场强度0.7T).从此,各类仪器相继出现,其应用范围也日益扩大.当时的NMR谱仪是灵敏度很低的连续波(CW)谱仪,实验方法一般是固定电磁波频率不变,缓慢地在一定的范围内对磁场扫描,或者固定磁场不变,对频率扫描,其结果被观测的核是一组一组依次激发的.1964年后,NMR谱仪经历了两次重大的技术革命,其一是磁场超导化,其二是脉冲傅里叶换技术(PFT)的采用,从根本上提高了NMR的灵敏度,谱仪的结构也有了很大的变化.1964年美国Varian公司研制出世界上第一台超导磁场的NMR谱仪(HR2200型,200MHz,场强4.74T).1971年日α收稿日期:19991206;修回日期:20000130作者简介:张丽君(1965),女,河北石家庄人,河北师范大学讲师本JEOL公司生产出世界上第一台脉冲傅里叶变换NMR谱仪(JNM2PFT2100型,100MHz,场强2.35T).在PFT谱仪中,施加的电磁波是脉冲式,由于脉冲电磁波频率范围很宽,因此被观测的所有核瞬间被同时激发和检测,大大提高了仪器的灵敏度和分辨率.从此以后,多核及多功能的高分辨NMR谱仪如雨后春笋般涌现出来,NMR的应用范围也相应地从有机小分子扩展到生物大分子.1967年后,由于多重脉冲技术的应用,出现了一个崭新的学科分支——固体高分辨NMR,NMR的研究对象又从液体扩展到固体1,2.1974年,北京分析仪器厂成功研制我国第一台NMR谱仪(BH201型,电磁铁,60MHz,场强1.4T换NMR谱仪(CH100型,电磁铁,100MHz),1987年,中国科学院武汉物理研究所研制成功我国第一台360MHz的超导NMR谱仪.但总的来看,与先进国家相比仍有很大差距,我国目前使用的NMR谱仪绝大多数仍依赖进口,至1999...