Ядерный магнитный резонанс
Что такое ядерный магнитный резонанс?
Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) относится к изучению поглощения радиочастотного излучения атомными ядрами и является одним из мощнейших инструментов качественного, а иногда и количественного анализа структуры и компонентов органических и неорганических материалов.
Ядерный магнитный резонанс — физический процесс, при котором атомное ядро с ненулевым магнитным моментом под действием внешнего магнитного поля претерпевает зеемановское расщепление спинового энергетического уровня и резонансно поглощает радиочастотное излучение определенной частоты. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса - это раздел спектроскопии, резонансные частоты которого находятся в диапазоне RF, а соответствующие скачки - это скачки ядерных спинов на ядерном энергетическом уровне Зеемана.
Применение ядерного магнитного резонанса
Идентификация структуры органических соединений
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса может использоваться для определения структуры органических соединений, как правило, на основе химических сдвигов; количество связанных пиков расщепления и константы связи для определения ассоциации групп, а также интегрированная площадь каждого Н-пика для определения протонного отношения каждой группы. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса может быть использована для химико-кинетических исследований, таких как внутримолекулярное вращение, химический обмен и т. д., поскольку все они влияют на условия химического окружения вне ядра и, следовательно, должны отражаться в спектрах.
Анализ многокомпонентных материалов
Параметры ЯМР каждого компонента существуют независимо, когда имеется много компонентов материала, и изучается совместимость между полимерами. Когда идентичность между двумя полимерами хорошая, время хиральности смесей должно быть одинаковым, но когда совместимость плохая, оно разное.
Кроме того, он также используется при изучении полимеров для изучения механизма реакции полимеризации, структуры последовательности полимеров, качественной идентификации неизвестных полимеров, анализа механических и физических свойств и т. д.
Обнаружение поражений
Ядерно-магнитно-резонансная томография (МРТ) — это новая технология медицинской визуализации, в которой используются принципы ядерного магнитного резонанса (ЯМР) для обеспечения отличных диагностических возможностей головного мозга, щитовидной железы, печени, желчного пузыря, селезенки, почек, поджелудочной железы, надпочечников, матки, яичники, простата и другие паренхиматозные органы, а также сердце и крупные сосуды.
Принцип работы ядерного магнитного резонанса
принцип работы прибора ядерного магнитного резонанса заключается в том, что в сильном магнитном поле в ядре происходит расщепление энергетического уровня, а при поглощении внешнего электромагнитного излучения происходит скачок энергетического уровня ядра, известный как явление ЯМР. Когда частота приложенного РЧ-поля такая же, как частота вращения ядра, энергия РЧ-поля может эффективно поглощаться ядром, обеспечивая скачок энергетического уровня. ЯМР изучает поглощение радиочастотного излучения ядром в сильном магнитном поле.
Структура ядерного магнитного резонанса
Ядерный магнитный резонанс спектрометр В основном состоит из магнита, зонда, блока радиочастотного и звукового излучения, а также блока сканирования частоты и магнитного поля.
Магниты для ядерного магнитного резонанса
Магнит является основным компонентом прибора ЯМР. Для этого требуется магнит, который обеспечивает сильное, стабильное и однородное магнитное поле. В МРТ используются три типа магнитов: постоянные магниты, электромагниты и сверхпроводящие магниты. Магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами и электромагнитами, обычно не может превышать 2.5 Тл. в то время как сверхпроводящие магниты могут создавать магнитное поле до 10 Тл и более, а магнитное поле стабильно и однородно. В настоящее время сверхпроводящий резонансный прибор приветствия обычно работает на частоте 200–400 МГц, вплоть до 600 МГц, но сверхпроводящий прибор МРТ дорог, и его использование в настоящее время не очень распространено.
Зонд ядерного магнитного резонанса
Зонд устанавливается в зазор магнитного полюса и используется для обнаружения сигнала ЯМР, который является сердцем прибора. Зонд состоит из трубки для образца, эмиссионной катушки и усилителя. Исследуемый образец помещается в трубку для образца, а затем в кожух с приемной и передающей катушками. Магнитное поле и источник частоты воздействуют на образец через зонд.
Чтобы усреднить влияние неоднородности магнитного поля, пробоотборник снабжен пневматической турбиной, которая позволяет трубке с пробой вращаться вдоль своих вертикальных осей со скоростью несколько сотен оборотов в минуту.
РЧ-источник и аудиомодуляция для ядерного магнитного резонанса
Для волновых спектрометров высокого разрешения требуются стабильные радиочастоты и функции. Для этой цели в приборе обычно используется кварцевый генератор при постоянной температуре для получения основной частоты, а затем удвоение частоты, частотная модуляция и функциональное усиление для получения требуемого источника РЧ-сигнала.
Чтобы улучшить стабильность базовой линии и возможность блокировки магнитного поля, магнитное поле должно модулироваться звуком. Для этого модулированный звуковой сигнал снимается с кварцевого генератора и подается на катушку модуляции зонда после усиления мощности.
Блок сканирования ядерного магнитного резонанса
Выходной РЧ-сигнал, содержащий сигнал ЯМР, полученный от предусилителя зонда, отображается на осциллографе и записывающем устройстве после серии детекторов и усиления для получения спектра ЯМР.
Другое вспомогательное оборудование ЯМР
Воздушный компрессор
Сжатый воздух используется для контроля загрузки и выгрузки образцов из пробирки, а также для вращения пробирки во время работы. Имеется осушительный бокс. фильтр в середине трубопровода, где воздушный компрессор подает сжатый воздух к зонду, так что подаваемый к зонду воздух чистый и сухой.
Блок предварительной обработки
Эта часть имеет функции управления воздушным потоком, управления системой переменной температуры, первичного усиления сигнала и отображения жидкого азота.
Часть управления переменной температурой
С помощью электрического нагревательного провода температура повышается, точность может достигать 0.1℃. Для низкотемпературных экспериментов температура зонда понижается с помощью азота, подаваемого извне. Бутылка Дьюара.
Виды ядерного магнитного резонанса
Непрерывный волновой ядерный магнитный резонанс (CW-NMR)
Прибор непрерывного действия ЯМР означает, что частота РЧ или напряженность внешнего магнитного поля непрерывно изменяются, т. е. непрерывное сканирование выполняется до тех пор, пока наблюдаемые ядра не будут последовательно возбуждены для прохождения ЯМР. Он в основном состоит из магнита, радиочастотного передатчика, детектора, усилителя и записывающего устройства.
Импульсное преобразование Фурье-ядерный магнитный резонанс (FT-NMR)
Появление импульсный ЯМР Фурье в середине 1970-х годов привело к быстрому развитию исследований ЯМР 13С.
Импульсный ЯМР-прибор с преобразованием Фурье отличается от прибора с непрерывной волной тем, что он оснащен импульсным программным контроллером и системой сбора и обработки данных и использует сильный и короткий (1 ~ 50 мкс) импульс для возбуждения всех ядер. измеряется одновременно, включает приемную систему в момент окончания импульса и получает сигнал затухания свободной индукции (ССИ). релаксации, а затем возбуждается следующий импульс. Сигнал FID представляет собой функцию временной области, которая представляет собой суперпозицию сигналов нескольких частот и преобразуется в функцию частотной области путем преобразования Фурье в компьютере для распознавания.
PFT-ЯМР обладает высокой чувствительностью, может использоваться для ядер с низким содержанием, имеет короткое время тестирования (от одной до нескольких секунд на развертку), а также может определять время релаксации ядер, что позволяет использовать ЯМР для определения динамики реакции. реальность.
Спецификация и особенности ядерного магнитного резонанса
Напольный ЯМР-спектрометр
| Рабочая частота | 80MHz |
|---|---|
| Атомное ядро | 1H, 13C |
| чувствительность 1ч | ﹥160:1 |
| Градиент интенсивности | ﹥0.25 т/м |
| Разрешение | <4 Гц |
| Пробирка для образца | стандартная длинная трубка ЯМР диаметром 5 мм |
| Размер | 50 * * 70 60CM |
| Вес | 94KG |
Требования:
1. Напольный ЯМР-спектрометр предоставляет качественные данные, сравнимые с другими аналитическими методами, с простым в использовании программным обеспечением, которое позволяет даже неспециалистам в ЯМР-спектроскопии получать окончательные результаты по соответствующему ЯМР.
2. Напольный ЯМР-спектрометр можно установить в вытяжном шкафу или на столе, что устраняет необходимость в дополнительной инфраструктуре.
Как поддерживать ядерный магнитный резонанс?
Регулярная заправка ЯМР жидким гелием и жидким азотом
Основная цель технического обслуживания спектрометра ядерного магнитного резонанса - поддерживать сверхпроводимость магнитов, что требует регулярной заправки жидким гелием и жидким азотом. Жидкий азот более производительный и менее дорогой, чем жидкий гелий, поэтому для замедления испарения жидкого гелия необходимо дозаправлять жидкий азот, что обычно делается раз в одну-две недели и раз в три-шесть месяцев в зависимости от тип магнита ЯМР.
Специалист по обслуживанию приборов ядерного магнитного резонанса должен часто снимать показания жидкого гелия и жидкого азота, чтобы определить, нужно ли их своевременно пополнять. Несвоевременное пополнение жидкого азота может привести к более быстрому испарению жидкого гелия, что может привести к потере магнитом своей емкости. Поэтому важно ежедневно наблюдать и записывать количество жидкого гелия и жидкого азота, чтобы обеспечить правильную работу прибора.
Предотвращение приближения ферромагнитных предметов к магнитам ЯМР
Если ферромагнитные объекты, такие как лифты, автомобили, цилиндры, тележки, часы, магнитные карты, кардиостимуляторы и т. д., движутся вблизи гауссовых линий магнита и пересекают магнитные силовые линии, электромагнитная энергия в сверхпроводящем магните легко преобразуется в тепловую. энергии быстро и температура магнита повышается, что приводит к быстрому улетучиванию жидкого гелия и возможной потере сверхпроводящих свойств (потеря сверхпроводимости). Высокие локальные температуры могут сжечь магнит, высокие межслойные напряжения могут пробить изоляционный материал, а чрезмерный рост тока может привести к механическим повреждениям. В этой области необходимо предотвратить приближение ферромагнитных предметов к магниту, чтобы избежать необратимого повреждения.
Вспомогательное оборудование спектрометра ЯМР
Лаборатория оснащена ИБП, централизованной системой подачи воздуха, осушителем и кондиционером для поддержания использования вспомогательного оборудования, особенно в компрессорной централизованной системы подачи воздуха также необходимо жестко контролировать температуру и влажность. Кроме того, необходимо регулярно проверять и следить за тем, чтобы централизованная система подачи воздуха была хорошо герметизирована, чтобы предотвратить влияние утечек воздуха на срок службы системы путем непрерывной прокачки компрессорной установки в течение короткого периода времени.
Как заказать ядерно-магнитный резонанс?
Если вы заинтересованы в нашем Ядерный магнитный резонанс или есть какие-либо вопросы, пожалуйста, напишите по электронной почте info@antiteck.com, мы ответим вам как можно скорее.