质谱仪-Mass 核磁共振仪NMR原理与应用
NMR是Nuclear Magnetic Resonance的缩写，核磁共振设备通过将原子核置于磁场中，观察核自旋的共振现象，在原子水平上分析物质的分子结构。
核磁共振装置（图一）可检测药物、农药等化学物质、生药等天然产物、乙烯基、聚乙烯等高分子材料、核酸等生物材料中的碳、氧、氢和蛋白质。、氮和磷对有机化合物的分析较有效。特别是，它在分析这些有机化合物中起着核心作用，因为它可以知道分子的平面化学结构和三维结构，也就是原子的连接。
核磁共振装置（图一）可检测药物、农药等化学物质、生药等天然产物、乙烯基、聚乙烯等高分子材料、核酸等生物材料中的碳、氧、氢和蛋白质。、氮和磷对有机化合物的分析较有效。特别是，它在分析这些有机化合物中起着核心作用，因为它可以知道分子的平面化学结构和三维结构，也就是原子的连接。
物质是分子的集合，分子是由原子链组成的（图二），每个原子又由原子核和电子组成（图三）。核磁共振设备利用这些原子核的特性，通过在强磁场中从外部施加无线电波（60 MHz 至 1 GHz）引起共振现象，分析各种有机化合物。
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| ▲图二 物质、分子和原子 | ▲图三 原子结构 |
核磁共振设备
▲图二 NMR装置的组成
核磁共振（NMR）原理
一些原子，例如氢原子核，具有小磁铁的特性。这样的磁铁像陀螺一样旋转。当置于磁场中时，它的行为就像一个旋转的陀螺（图四），这称为核自旋。这种摆动运动（称为进动）的旋转周期是固定的，当从外部施加与该周期相同频率的无线电波时，就会发生共振。由于共振而发生能量吸收，因此可以通过测量该吸收量来确定是否发生共振。在 11.74 T（特斯拉）的磁场强度下，氢原子核的频率共振大约在500 MHz。共振频率根据原子核的种类而不同，如表一所示以各种核种的频率共振。
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| ▲图四 核自旋 | ▲表一 11.74 T的共振频率（特斯拉） |
从核磁共振光谱可以看出什么
如图六所示，即使是同一个氢核，也会出现不同的NMR信号。图六是乙醇讯号。这称为核磁共振谱。无线电波虽然不是光，但仍然是电磁波，所以和光一样被称为光谱，从右边开始分为 CH3（甲基）、CH2（亚甲基）和 OH（羟基）。
NMR 光谱被分成几组官能团，称为化学位移。这种化学位移与指纹相同，因为如果物质不同，信号会出现在不同的位置。
NMR 光谱被分成几组官能团，称为化学位移。这种化学位移与指纹相同，因为如果物质不同，信号会出现在不同的位置。
- 化学位移（讯号位置）：有关原子核化学结构（官能基等）的讯息
- 自旋-自旋耦合（讯号分裂）：关于相邻核之间关系的讯息
- 讯号强度（讯号面积）：关于核数比例的讯息
- 弛豫时间：核动态讯息
▲图六 乙醇(CH3CH2OH)的氢核NMR谱
核磁共振的应用领域
- 分子结构分析及未知化学物质鉴定-有机化学、无机化学、生物化学、医药、新材料、石油化学等广泛领域
- 定量分析-高分子化学、合成化学品的质量控制、食品化学等
- 混合物分析-代谢组学、生物化学、食品化学等
- 动力学(化学动力学、相互作用、结合位点识别)-核动态讯息
- 弛豫时间(分子迁移率、核间距)-有机化学、高分子化学
- 扩散系数(分子量、多聚体的鉴定、分子和离子的迁移、受限空间的评估)-有机化学、高分子化学、新材料、电池等
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