NMR(Nuclear Magnetic Resonance)為核磁共振。是磁矩不為零的原子核,在外磁場作用下自旋能級發(fā)生蔡曼分裂,共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支,其共振頻率在射頻波段,相應的躍遷是核自旋在核蔡曼能級上的躍遷。
自旋量子數(shù)I不為零的核與外磁場 H0相互作用,使核能級發(fā)生2I+1重分裂,此為蔡曼分裂。 核磁共振是1946年由美國斯坦福大學布洛赫(F.Block)和哈佛大學珀賽爾(E.M.Purcell)各自獨立發(fā)現(xiàn)的,兩人因此獲得1952年諾貝爾物理學獎。50多年來,核磁共振已形成為一門有完整理論的新學科。
原理 無線電射頻(RF)區(qū)域內的輻射可以用來激發(fā)原子,通常是質子或碳13原子,使它們的旋轉從與外磁場取順向的排列轉變?yōu)榕c外磁場取逆向排列。原子達到高能態(tài)所需輻射頻率的范圍和復雜的分裂特征是根據(jù)分子的化學結構來決定的。 在藥物分析中的應用 分析原材料和成品準確結構特征的強大技術 可以不經(jīng)過分離確定雜質,包括對映異構體雜質,最低達到約10 %的水平 可能會被用于鑒別特征混合物。定量分析中的藥物配方無需事先分離即可檢測
優(yōu)勢 比其他光譜技術提供了更多分子結構的信息
核磁共振適合于液體、固體。如今的高分辨技術,還將核磁用于了半固體及微量樣品的研究。核磁譜圖已經(jīng)從過去的一維譜圖(1D)發(fā)展到如今的二維(2D)、三維(3D)甚至四維(4D)譜圖,陳舊的實驗方法被放棄,新的實驗方法迅速發(fā)展,它們將分子結構和分子間的關系表現(xiàn)得更加清晰。
在世界的許多大學、研究機構和企業(yè)集團,都可以聽到核磁共振這個名詞,包括我們在日常生活中熟悉的大集團。而且它在化工、石油、橡膠、建材、食品、冶金、地質、國防、環(huán)保、紡織及其它工業(yè)部門用途日益廣泛。
在中國,其應用主要在基礎研究方面,企業(yè)和商業(yè)應用普及率不高,主要原因是產(chǎn)品開發(fā)不夠、使用成本較高。但在石油化工、醫(yī)療診斷方法應用較多。
20世紀后半葉,NMR技術和儀器發(fā)展十分快速,從永磁到超導,從60MHz到800MHz的NMR譜儀磁體的磁場差不多每五年提高一點五倍,這是被NMR在有機結構分析和醫(yī)療診斷上特有功能所促進的。現(xiàn)在有機化學研究中NMR已經(jīng)成為分析常規(guī)測試手段,同樣,在醫(yī)療上MRI(核磁共振成像儀器)亦成為某些疾病的診斷手段。NMR在21世紀的發(fā)展動向為以下幾個方面。
(1)提高磁體的磁場強度 預期21世紀將會出現(xiàn)大于100MHz的NMR 譜儀,這將使生物大分子的結構研究有重大突破。
(2)發(fā)展三維核磁共振技術(3D-NMR) 隨著NMR譜在生物大分子結構分析中的應用,NMR技術所提供的結構信息的數(shù)量和復雜性呈幾何級數(shù)增加。對三維空間的構象和大分子與小分子(或小分析與小分子)之間的相互作用等,二維核磁共振(2D-NMR)已顯得無能為力了,因此要發(fā)展分子建模技術,利用NOE所提供的分子中質子間的距離信息來計算三維空間結構。
(3)固體NMR和NMR成像技術 在這生命科學、生物醫(yī)學和材料學中將是至關重要的,將會在分子結構特征和動態(tài)特征研究方面有所突破。