当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

NMR谱仪技术


现代核磁共振谱仪技术
( 2010 年度 )

核磁共振谱仪技术
一、概论 二、射频器件与仪器 三、磁体系统 四、探头 五、射频激励系统 六、信号接收系统 七、辅助设备 八、整机

第一章

概 论

核 磁 共 振
Nuclear Magnetic Resonan

ce NMR
磁矩不为零的原子核,在静磁场中, 由于磁矩和磁场相互作用形成一组分裂的 能级,在合适的电磁辐射能的作用下,能 级间发生跃迁而出现的共振现象 ,称核磁 共振。

1.1 核磁共振与核磁共振仪器

1945年 核磁共振
1945年,美国哈佛大学珀赛尔(E. M. Purcell)用吸收发法首次观测到石蜡中质 子的核磁共振; 美国斯坦福大学布洛赫(F. Block)用 感应法发现液态水的核磁共振现象。

五次诺贝尔奖
? 1938 年拉比(Rabbi)利用原子束和不均匀磁场研究原子核磁矩 时观察到NMR现象(最先引入NMR一词)(1944 年物理学奖); ? 1946 年珀塞耳(Purcell)和布洛赫(Bloch)在常规物质中观察 到NMR现象,现代NMR技术的基础 (1953年物理学奖); ? 20世纪6、70年代,恩斯特(Ernst)在发展脉冲NMR技术、用傅 里叶变换方法获得高分辨NMR谱和二维NMR谱方面作出重要贡 献(1991 年化学奖); ? 20世纪80年代,维特里希 ( Wüthrich)利用多维NMR技术在测定溶 液中蛋白质结构的三维构象方面的开创性研究,获得2002年诺贝 尔化学奖(一半)。 ? 1973 年劳特布尔(Lauterbur)发明MRI技术,与对MRI的发展作 出重要贡献的曼斯菲尔德(Mansfield)(2003 年医学奖)。

核磁共振 - 多学科交叉
五次诺贝尔奖标志了从物理学上核磁 共振现象的发现、核磁共振原理和实验方 法的建立到广泛的化学及生物、医学应用 (即从物理到化学再到生物、医学)的三 大里程碑式的发展,说明核磁共振的多学 科交叉特性。

核磁共振 - 广泛的应用领域
核磁共振是研究物质成分、分子结构 和动力学的一种重要的谱学研究手段,用核 磁共振谱可以表征从固体到液体、液晶和非 晶态物质、以及纯净和混合的各种物质。 核磁共振技术对于从材料到土壤和石油 物探,从解剖和生理学到结构生物学和蛋白 质组学以及代谢组学,从高产育种到食品加 工等广泛的领域发生了深远的影响。

核磁共振仪器
利用核磁共振原理制作的仪器设备, 统称核磁共振仪器。 核磁共振仪器已成为解决重大科学、 经济、环境以及社会问题的十分重要仪 器设备。

核磁共振仪器
? ? ? ? ? ? ? 核磁共振波谱仪 核磁共振成象仪 核磁共振测井仪 核磁共振探找水仪 核磁共振分析仪 核磁共振表面探测仪 核磁共振磁场计与测场仪

核磁共振仪器市场简况 - 1
仪器类别 NMR波谱仪 价格/万美元 20-100

销售量
Bruker AVANCE谱仪五年售2500台;超屏 蔽磁体超过1000台/5年(2002年)。 Varian谱仪3000多台。 1995年底全球有1.2万台MRI(超导磁体3千 台)。1999年产2千多台。2002年全球使用的 MRI仪有2.2万台。 2003年全球年产1500台,年产值30亿美元。我 国已进口300台/1100台,需求量>3000台。 全球NMR测井量超过3000口/年(20多万元/ 口)。1996年起我国引进十多套。 已引进近十套

MRI仪

150-300

NMR测井仪 NMR找水仪 NMR分析仪 NMR表面探测仪 NMR测场仪

150 20 510 14

市场简况 - 2
? 2000年NMR谱仪市场为3.5亿美元,其中生命科 学与健康占45%,每年递增10%,当前近10亿美 元/年 。 ? 据统计,现今全世界每年需要3000台磁共振成象 仪, 2000台核磁共振谱仪,大量的质量分析及控 制用低场核磁共振谱仪,形成了大约年产值为50 亿美元的核磁共振仪器市场。 ? 世界上现投身NMR谱仪市场的有30多家企业。 ? 产品更新换代快(3-5年一代),研究成果转化快。

三个科学仪器发展的五年规划
在三个五年计划中出台了: 《“九五”期间科学仪器发展的若干意见 》; 《 科研条件建设“十五”发展纲要 》; 《“十一五”科学仪器设备发展规划 》。 这些计划中,都将科学仪器自主研发工作列为国家 科技支撑计划(原国家科技攻关计划)予以重点支持。

国家科技支撑计划重大项目
? 核磁共振波谱仪 “十一五”国家科技支撑计划重大 项目《科学仪器设备研制与开发》课题 ? 核磁共振成象仪 “十一五”国家科技支撑计划重大 项目数字化医疗设备关键技术及产品开发课题 ? 核磁共振探水仪 “十一五”国家科技支撑计划重大 项目《科学仪器设备研制与开发》课题 ? 核磁共振测井仪 国家“十五”攻关项目 科学仪器研 制与开发重大课题

1.2 核磁共振仪器简介

1.2.1 核磁共振波谱仪

核磁共振波谱仪
从广义上讲,任何用来记录核磁共振信号的器 具都可称作为核磁共振波谱仪。例如: 测量磁场强度的磁场计; 测量弛豫时间的器具(物理学的基础研究或过程 分析的应用); 研究频域中核自旋响应详细信息的仪器; 核磁共振成像系统(核磁共振频率与被研究物体 内的位置相关)。 随着核磁共振波谱学的发展,不同的应用需要 完全不同的仪器。

核磁共振频率 ω=γH0
在相同强度的外磁场H0下,不同核的旋磁比γ 不同,所以不同核的共振频率ω不同。 同一种核因化学环境不同,在相同强度的外磁 场H0下,核实际承受的磁场强度也不同: H核=H0(1-σ) ω核=γ (1-σ) H0 被观察核的共振频率的变化,用相对量化学位 移值来表示。 σ为屏蔽常数(10 -3--5)

连续波谱仪中,通过改变磁场强度或改变 发射机频率来实现不同化学环境下的被观察核 的共振条件。 脉冲谱仪中,发射机发射一个(串)窄的射 频脉冲,同时激发射频中心附近一个小的频率 范围内的具有不同化学位移值的被观察核的共 振。

核磁共振波谱仪
? 核磁共振波谱仪 习惯上指:用来测量一种或多种核的核磁共振图谱及相 关参数,进行化合物分子的精细结构分析的高分辨核磁共 振仪器。 ? 仪器基本结构包括:一个极化自旋的磁场; 一个产生激 励的射频系统; 一个或多个耦合到自旋的激励和接收 NMR响应的线圈; 一个增强和检测自旋响应的检测系 统;一个用来显示自旋响应的输出设备。另外,还有计算 机和控制这些组件的控制装置。例如:控制样品温度、样 品旋转等样品状态的组件,以及提供更多有用信息的组件 (如脉冲梯度场)。

现代核磁共振波谱仪

第一台 40MHz NMR商品谱仪 (Varian 1953)

第一台 90MHz 质子FT NMR谱仪 (Bruker 1967)

八十年代主要商品谱仪

Varian XL系列

Bruker AC系列

Bruker AMX系列

Bruker MSL系列

九十年代NMR谱仪主要系列

Varian INOVA 系列

Bruker AVACE 系列

JEOL ECA 系列

当今NMR商品谱仪

Varian NMR System 2005年2月

Bruker AVACE III
2007年2月

1.2.1A 商品谱仪发展简况

脉冲FT核磁共振商品谱仪发展简史
1969 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1982 1983 1984 Bruker HX, HFX (60/90 ) Bruker WH (60/90/…400) Bruker WP (60/80/100/200) JEOL FX-60 Varian FT-80 JEOL FX-100 JEOL FX-60Q Bruker WM (100/200/…400) Varian XL-200 JEOL FX-90Q Bruker AM (200-500) Varian XL-300 Varian XL-400 Bruker MSL (90/100/200-400) Bruker AC (80/100/200-400) 1985 1986 1988 1989 1992 1993 Varian VRX ( 200-500 ) Varian Gemini-200 Bruker AMX ( 200-600 ) Varian Unity ( 200-600 ) Varian Unity-plus ( 200-750 ) Bruker ARX, ASX ( 200-500 ) Bruker DMX, DRX, DSX ( 300-750 ) Bruker AVANCE Varian UNITY INOVA 800MHz谱仪 900MHz谱仪 950MHz谱仪 Varian NMR Systems Bruker AVANCE II Varian 400-MR Bruker AVANCE III

1994

1996 2000 2005

2006 2007

商品谱仪发展历程中的主要特征
七十年代: 形成现代NMR实验能力 多核 2D 高场 八十年代: 计算机技术的应用 间接(反向)检测 完整的结构解析 生物化学领域(600MHz) 九十年代: 屏蔽超导磁体 脉冲梯度场 微量样品检测 LC-NMR、MS-NMR联用 信号数字处理技术 超低温探头 实验自动化 750-900MHz高场谱仪 二十一世纪 1GHz以上谱仪 零液氦挥发磁体 更快更强的数据系统 更全面的自动化操作 ……

推动NMR谱仪发展的主要技术因素
? 低温超导技术 ( 高场、高稳定、低蒸发量 ) ? 计算机技术 ( 数字化、远程通讯 ) ? NMR新方法与新技术 ( 新功能、新部件 )

1.2.1B NMR谱仪的发展方向
更高的灵敏度和分辩率 更加自动化、智能化 多种联用技术(色谱、质谱)

NMR特性与磁场强度的关系
灵 分 敏 辨 度: S/N ∝ γ 5/2 (B0)3/2 率: Δω ∝ Δa (B0), 二阶四极增宽∝ Δa (1/B0) 磁各向异性: m ∝ (B0)2 弛 豫 率: R1,2 ∝ f (B0)

更高的灵敏度

更高的磁场强度

Progress in High-Resolution NMR Magnets

0.1% ethylbenzene (EB) in CDCl3

样品:60% benzene-d6 in 40% pdioxane (ASTM)

2004年12月14日 Oxford 宣布2005年5月在牛津大 学安装世界第一台22.31 T 950 MHz核磁共振谱 仪

2005年9月称己准备发货 场漂移 < 5 Hz/h

Actively-shielded 950 MHz magnet -950 US2
April 25, 2006 – At the Experimental NMR Conference (ENC)

The first orders : Price of 950 US2 = Price of 900 US2 + US$ 1.95 million.

1000MHz 核磁共振波谱仪

France in 2009 . 11

Avance 1000 system

NMR磁体场强发展史

25T 1.06GHz谱仪

1.065GHz 1H HRMAS spectra

27Al MAS spectra of 9Al2O3+2B2O3

1H NMR at 2.027GHz 50T pulsed field magnet.

Solid State Nuclear Magnetic Resonance 27 (2005) 206–208

NHMFL's 45 Tesla hybrid magnet

The 27Al spectra of 9Al2O3+2B2O3

Advantages of High Magnetic Fields

80万美元

200万美元

500万美元

高场NMR谱仪 灵敏度 · 分辨率 · 价格
1H

freq.

0.1% EB Resolution S/N CH2 1200:1 1512:1 1847:1 2110:1 1.00 1.17 1.33 1.50

Price ($) 800k 1,400k 2,000k 4,500k 8,500k 16,000k

Year (to appear) 1987 1992 1996 2001 2005 2009

600MHz
(14.09T)

700MHz
(16.44T)

800MHz
(18.79T)

900MHz
(21.14T)

950MHz 1000MHz

提高灵敏度的途径
1. 更高的工作频率:S/N ∝B07/4 ,1GHz (23.5T) 2. 光抽运(Optical pumping) 3He, 129X, 提高 S/N 4-5个量级 3. 动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization) 1H 提高 10倍 13C 提高 2600倍 实验上达到1000倍 4. 超低温探头:S/N提高4倍 5. 超导量子干扰量件(SQUID) Superconducting QUntum Interference Device 弱场磁共振:高分辨率固体NMR

提高灵敏度的途径

光抽运激光增强核自旋极化装置

提高灵敏度的途径
129X

光抽运核极化 核磁共振成象

提高灵敏度的途径

9.7 T 动态核极化-核磁共振谱仪
? ? ? ? 25 W 263 GHz 回旋速调管微波源 9.7 T 回旋管超导磁体系统 400 MHz 宽腔固体核磁共振谱仪 低温 MAS 探头

Solid-State DNP-NMR Spectrometer 263 GHz AVANCE? III

DNP-Enhanced CPMAS of 13C-Proline
? DNP-Enhanced CPMAS of 13C-Proline in Glycerol/Water with 20 mM TOTAPOL: 25 μl sample, 1.5 mg U-13C-15N Proline, 8 kHz MAS, CPMAS with Spinal 64 decoupling, 110 k sample temperature, 8 seconds acquisition time for both microwaves on and off spectra

DNP-enhanced proton driven spin diffusion 13C-13C correlation experiment
DNP-enhanced proton driven spin diffusion 13C-13C correlation experiment on Barnase ribosome nascent chain complex with 10 mM TOTAPOL (nascent chain 13C labelled). 13 kHz MAS at 110 K. Experiment time: 17 hours.

提高灵敏度的途径

低温NMR探头

0.1% ethylbenzene (EB) in CDCl3 园点: 常规探头 点线: 反式探头 三角:低温反式探头

提高灵敏度的途径

低温NMR探头

样品:60% benzene-d6 in 40% pdioxane (ASTM) 园点: 常规13C探头 三角:低温13C探头 菱形: 低温三共振探头(双核冷前放)

提高灵敏度的途径

1mm 三共振探头

更加自动化、智能化
磁场自动均场 探头自动调谐 样品自动进样 谱仪自动操作 数据自动解析 ………

联用技术(色谱、质谱)

LC-NMR/MS

1.2.1C 中档经济型NMR谱仪

NMR谱仪售价昂贵!
? 为降低常规NMR谱仪售价,推出: Varian MR-400 Bruker AVANCE III NanoBay ? 400MHz 常规NMR谱仪25万美元 ? 300MHz 常规NMR谱仪18万美元

Varian MR-400
2006年推出

Bruker AVANCE III NanoBay
2007年推出

400MHz 常规NMR谱仪25万美元 300MHz 常规NMR谱仪18万美元 Bruker BioSpin Fourier 300 15万美元

2010年推出紧凑型Fourier 300

应用于研究和工业领域 常规小分子一维/二维 FT-NMR 分析

Fourier 300 的特性
? ? ? ? ? ? ? 300 MHz数字射频谱仪 屏蔽超导磁体 1H/13C 双核探头 紧凑的机柜(35 x 60 cm2) 氘数字锁 样品变温实验 Z-梯度( 2D实验,梯度匀场)

1.2.2 核磁共振成象仪

MRI成象基本原理
在外加均匀场空间某一方向叠加上一个线性梯 度磁场,使共振频率随梯度磁场变化,

ν=γB0 ( 1+Gx )
Gx是X方向的梯度磁场。 这样就使得宏观样品中的NMR,在该方向上 加上了空间信息的编码,测得的NMR信号与空间 位置有关,获得NMR信号空间位置分布图,即磁 共振像。 产生梯度磁场的硬件是磁共振成象仪基本部 件,各种图象重建方法是成象仪软件的重要组成部 分。

核磁共振成象仪
? 中小口径核磁共振成象仪 (医药学、生物、材料、石油) ? 人体核磁共振成象仪 (临床、研究) ? 核磁共振微成象—通常为核磁共振波谱仪的附件 (材料、生物学研究)

中 小 口 径 核 磁 共 振 成 象 仪

开放式永磁低场临床核磁共振成象仪

脑研究用核磁共振成象仪

磁场强度 :3T,4T,4.7T,7T 开放式软件环境 两个发射通道 四个相阵接收机

西门子3 T磁共振成像系统

北京磁共振脑成像中心

3T MRI systems

核磁共振微成象系统

9.4T 大白鼠脑的活体磁共振象与质子谱

平面分辨率70μm, 20分钟

体元 3.5 mm3, 512次,30分

? 核磁共振微成象追求小视野下更高 的空间分辨率,磁场强度一般在3T、 4.7T, 甚至于9T、11T以上。 ? 现已得到的最高空间分辨率达4μm, 接近一般光学显微镜像的水平。

成象、微成象用磁体场强与口径

1.2.3 核磁共振测井仪

核磁共振探测油井现场

核磁共振测井
? 核磁共振测井技术可以获得丰富的地层信息, 如地层可流动流体含量、总孔隙度、有效孔隙 度、渗透率、含油饱和度,岩石孔径大小分布 等等。采用核磁共振差谱、移谱测量方法,还 可分辨出地层中的油、水、气的层位。随着该 技术的迅速发展,可测到的地层参数还在不断 增加,该技术对研究油田地质结构、储层特性、 预测油田产能等都有着重要意义。

核磁共振测井
? 自1991年美国NUMAR公司推出核磁共振成象 测井仪(MRIL)以来,国际上对NMR测井在石 油天然气勘探开发中的应用非常重视,国外各 大石油公司争相采用该技术,每年NMR测井量 超过3000多口,取得了很好的应用效果和巨大 的经济效益。 ? 目前,只有美国的两家公司(Schlumberger和 Halliburton)能够生产NMR测井仪器,各大石 油公司都是购买或租用其产品。 ? 引进一支国外NMR测井仪需150多万美元(价 格不包括地面系统和其它辅助设备),在国内 进行一次NMR测井需要20多万元人民币。

核磁共振测井技术
预极化测井
把一个很强的极化磁场加到地层中,先使 样品极化,然后撤去极化场,磁化矢量将绕地 磁场自由进动,测得自由感应衰减信号。 Schlumberger公司的NMT - CB以及俄罗 斯的核磁测井

Inside-out技术测井
把一组磁体放入井中(Inside),在井眼之外(Outside)的 地层中建立一个比地磁场强得多、且在一定范围内均匀的 磁场,实现对井外地层信号的观测。

偶极梯度场和核磁共振成象测井(MRIL)
Concepts in M. R., Vol.13(6) (2001) NMR测井专辑

MRIL-B2型仪器的探测区域:直径35.6 cm、厚0.10cm 、高110 cm的圆柱壳,相当于1.2L的样品体积 。

核磁共振测井仪探头

多维NMR测井 D-T2-T1

J. M. R., 172 (2005) 142-160

1.2.4 核磁共振找水仪

核磁共振技术找水打井喜获成功
新华网云南频道2010年4月22日

? 科技部邀请吉林大学派出专家携带JLMRS---I 型核磁共振地下水探测仪赴云南旱情较重的地 区开展依靠科技寻找水源工作。 ? 目前已发现含有地下水地点15处,并确定打井 井位9个,目前会泽、宣威、陆良3个县的井位 已经出水。 ? 通过核磁共振地下水探测仪设备,云南省曲靖 市陆良县小百户镇兴隆村打出了井水,出水量 每天达80立方米,可够200多名村民每日饮用。 兴隆村村委会书记陶自云介绍,目前全村共有 2060人,4000多头大牲畜。

地面核磁共振找水
核磁共振技术是目前世界上唯一的 直接找水的地球物理新方法。它应用核 磁感应系统(MRS),通过由小到大地 改变激发电流脉冲的幅值和持续时间, 探测由浅到深的含水层的赋存状态。相 对于传统的地球物理方法而言,它无需 打钻,是一种无损监测。

地面核磁共振找水适用范围
NMR技术直接找水,受地层因素影 响小,在浅层地下水的勘查工作中具有 广泛的应用前景。 NMR技术适用于电磁干扰较小、地 磁场稳定(火成岩地区地磁场变化较 大)、浅层(深度小于150米)各种类型 地下水。 能定量给出地层中含水层的位置、 厚度、含水量及平均孔隙度。

地面核磁共振找水解决以下问题
(1) 水文地质填图和地下水资源评价; (2) 区分构造、溶洞中充填物性质; (3) 结合其他物探方法确定井位; (4) 划分咸淡水,利用NMR信号的相位来区分出咸 水或淡水; (5) 评价堤坝和工程地质中地下水的活动情况等。

国内应用情况
中国地质大学(武汉)于1997年年底引进了 第一套NUMIS,1999 年中国地质科学院水环所、 新疆水利厅石油供水办公室各引进一套NUMIS 。 水利部牧区水利科学研究所2001年引进 NUMIS+,已在内蒙古牧区完成了上千个NMR测 深点,为牧民解决防氟改水、应急用水问题。内 蒙古牧区大部分工区电磁噪声干扰小、勘探深度 浅,NMR找水方法很适合。 利用NMR 找水方法在成功地在湖北、湖南、 福建、内蒙古、河北、陕西、宁夏、新疆等11 个 省市和地区开展了找水工作。

地面核磁共振找水仪
1994年法国地调局购买了俄罗斯地 面核磁共振找水专利并由法国IRIS公司 开始研制地面核磁共振感应系统(Nuclear Magnetic Induction System,缩写为 NUMIS) ,勘探深度150米。 CUGNMR-A型核磁共振找水仪 (我国独立研制具有完全知识产权)

核磁共振探水仪

NUMIS 63 万法郎 NUMIS+ 83 万法郎

核磁共振探测地下水

NUMIS 核磁共振找探仪方框图

模块包括:微机、采样系统、12V电池、 4000V-450A脉冲发射机、直径100/150米的天线、 灵敏度1nV的接收机。

主要技术:
①信号振幅直接反映地下水的含水量; ②衰减时间反映地下水岩层的平均孔隙 度; ③信号相位反映岩层电阻率; ④最大探测深度为150米。

不同深度、厚度含水层的典型磁共振响应





双层

中等



多层

核磁共振探水步骤
1. 测量地磁场强度(~0.5Gase)计算共振频率 (~2kHz); 2. 发射确定频率的脉冲到天线环,测量水的质 子NMR信号幅度(水的含量); 3. 测量信号弛豫时间 (含水孔径-水的性质); 4. 改度脉冲强度调节探测深度; 5. 应用程序计算出水含量随深度分布图。

核磁共振探水仪测量图表

核磁共振找水存在的缺点
(1)NMR信号非常微弱,只有纳伏级,易受电磁 噪声干扰,这是该方法的主要缺点。目前,通过 改变天线形状和增加信号叠加次数的方法来提高 信噪比。 (2)目前NMR仪器受发射能量的局限勘探深度有 限,法国NUMIS系统勘探深度只有100米,1999 年底问世的NUMIS+勘探深度也只有150米,当 电磁噪声干扰较严重时,使用“8”字型天线测 量,有效勘探深度分别降至50米,75米。 (3)又由于研究地下水NMR信号时,假定地磁场 是均匀的,在火成岩地区,地磁场的不均匀性干 扰NMR信号,干扰严重时无法确定合适的激发 频率,无法测量NMR信号。

1.2.5 低场核磁共振分析仪

核磁共振分析仪
低分辨、低磁场强度(2-65MHz )、结构 简易的小型核磁共振谱仪,通常通过测量质 子的不同的核磁共振参数,对被测样品进行 成分或性能分析。

各种低场核磁共振分析仪

各种低场核磁共振分析仪(续)

核磁共振油料种子含油量分析仪
院科技进步二等奖 国家星火奖

3MHz

核磁共振油料种子含油量分析仪 特点是能迅速、准确、无损(不破 坏样品的物理形态)和无污染地测试大 豆、油菜、花生、芝麻等油料的含油量 和水份含量,广泛用于油厂,榨油料的 收购和加工,油料作物的育种和检验, 以及对进出口油料的商检等。

核磁共振岩芯含油量分析仪

核磁共振分析仪
NMR Analyzer ;NMR Spectrometer

Bruker minispec

核磁共振分析仪的典型应用
油料 油料种籽中水分及油含量的测定; 油料种籽无损选种。 石油 岩芯分析(孔隙度、孔径大小分布、渗透性、饱和度); 油田的原油或精炼油各种物理特性; 聚合物 测定聚合物中共聚物、添加剂含量;交联密度。 测定高抗冲聚苯乙稀中橡胶含量。

核磁共振分析仪的典型应用(续)
食品 测定奶制品中固态脂含量; 测定饼干、巧克力、奶粉等中水分脂肪及油含量; 乳浊液中水滴和油滴大小分布测定。 其它应用 纤维和织物的上油率和水分; 水泥中水含量; 石蜡中油含量; 牙膏中氟含量; 药品生产中结晶度; ……………………………….

在线核磁共振仪

即时在线分析当前产品的熔体流动速率、乙烯含量、等 规度、结晶性、密度等重要的产品物化指标;还可以有 效地严格控制聚丙烯产品质量。

应用领域
? 聚丙烯 : 二甲苯溶解度 ; 萘烷溶解度 ; 庚 烷不溶度; 等规度 ; 乙烯含量; 挠曲模 数 ; 熔融指数 ? 聚乙烯 : 密度 ; 结晶度 ; 熔融指数 ? 磷酸盐矿/化肥: BPL ; P2O5 ? 电厂 : 燃油粘度

1.2.6 核磁共振表面探测仪 NMR-MOUSE
MObile Universal Surface Explorer

核磁共振表面探测仪
激发和检测线圈与不均匀磁体组成 可移动的探头,通过被测物表面材料的 弛豫时间、扩散系数的测量,分析被测 物的某些性能。 用途:聚合物和人造橡胶生产过程 及质量控制;汽车轮胎橡膠的老化程 度;生物组织成象。

核磁共振表面探测仪的典型应用

园形磁体

条状磁体

Ex-situ Nuclear Magnetic Resonance

C. R. Physique 5 (2004) 337–347

NMR spectroscopy in inhomogeneous B0 and B1 fields with non-linear correlation

Journal of Magnetic Resonance 175 (2005) 1–10

High-Resolution NMR Spectroscopy with a Portable Single-Sided Sensor

SCIENCE, Vol. 308, 27 May 2005

1.2.7 核磁共振磁场计与测场仪

核磁共振频率:

ω=γH0
被观察核的共振频率ω与外磁场强度H0 成正比。

核磁共振磁场计: 通过测量已知样品的核磁共振频 率来计算出磁场强度。

1.2.7A 核磁共振磁场计 NMR Teslameter 、Gaussmeter

核磁共振磁强计 主要技术指标如下: 测量范围:0.05T—2.0T 测量准确度:0.001% 信噪比(平均后):大于5 被测磁场均匀度1立方厘米体积优于0.1%。

1.2.7B 核磁共振测场仪
Magnetic Field Mapping system

通过测量磁场内不同空间的核磁共振 频率,测出不同空间的磁场强度,计算 磁场分布的均匀性。 主要用途:测量、调节磁体的磁场 均匀度。

核磁共振测场仪

NMR仪用核磁共振测场仪

磁场计探头配各种传动装置

MRI仪用核磁共振测场仪

1.3 国内外NMR实验室略影

我所NMR仪器研制概况
? 1958年建所 ? 1960年王天眷先生回国,创建波谱学研究室,研制NMR、 ESR、EQR谱仪与量子频标。 ? 文化大革命时期,波谱室转为研制原子频标军工任务。 ? 1979年重建波谱学研究室。改造60MHz NMR谱仪,研制 100-550MHz NMR谱仪。 ? 1986年建设国家重点实验室, 引进谱仪、研制部件。组建 谱仪技术研究室(后改制波谱公司),生产AC-80 NMR谱仪。 ? 九十年代末,研制固体谱仪、DNP谱仪,与UW合作开发 基于PC机的普及型谱仪,改造80-400MHz谱仪控制台 。 ? 2007年启动十一五国家科技支撑计划 “科学仪器设备研制 与开发” 项目《300-500MHz 核磁共振波谱仪的研制》。

NMR仪器研究获奖成果
1964年 核磁、顺磁共振谱仪 样品旋转装置衍生— 微量超速离心机 100 MHz FT核磁共振谱仪 核磁共振油料种子测试仪 1988年 魔角旋转固体高分辨 核磁共振研究 ZWH-360(MHz) 超导核磁共振谱仪 1993年 磁场强度为1.94T 的 动态核极化谱仪 全国新技术新仪器展览会、院重大成果

1981年 1984年

院科技成果一等奖国家科技进步二等奖 院科技进步二等奖 国家星火科技奖, 国家科技进步二等奖 院科技进步二等奖 院科技进步三等奖 院科技进步二等奖

我室谱仪设备简况
1987年 筹建国家重点实验室, 引进 Bruker MSL-400 谱仪; 研制单晶变角探头。 1990年 1993年 1997年 建成动态核极化(DNP)谱仪。 引进Bruker ARX-500型波谱仪; MSL-400 增添微成象装置。 引进 BIOSPEC 47/30动物成象仪。 建成200 MHz固液两用谱仪。 九十年代末 改造80, 200, 400MHz谱仪;

2000年 引进 InfinityPlus 400,更换MSL-400谱仪; 2001年 引进Varian 引进
UNITY UNITY

INOVA 600谱仪;

INOVA 500,更换ARX-500谱仪。

2003年 安装Varian InfinityPlus 300MHz谱仪; 改造BIOSPEC 47/30型成象仪; 安装500MHz LC-NMR系统; 2004年 安装600MHz超低温探头。 2007年 800MHz谱仪(+500、600 MHz谱仪);

2009年 7T 200mm 成象设备; 2010年 600MHz 89mm 固态谱仪。

美国几个国家实验室的NMR谱仪
NMR谱仪质子频率( MHz ) 实验室名称 ≥900 800 700-750 ≤ 600 MHMFL 3 1 2 12 NYSBC 1 3 3 3 NMRFAM 1 1 1 5 EMSL/ PNNL 1 1 1 11 1 3 8 MIT / CMR

750WB

800US2

800

800US2

NATIONAL HIGH MAGNETIC FIELD LABORATORY U. S. A.

http://nmr.magnet.fsu.edu/

NATIONAL HIGH MAGNETIC FIELD LABORATORY
Solution NMR Spectrometers: 25 Tesla Standard Bore Resistive 900 MHz Wide Bore 1 750 MHz Wide Bore 720 MHz Standard Bore 600 MHz Standard Bore 600 MHz Standard Bore 500 MHz Standard Bore 500 MHz Standard Bore 400 MHz Wide Bore Field 25.0 T Bore 52 mm Shims internal Console Techmag D. Bruker AV 72 mm 40 mm 40 mm 40 mm 40 mm 40 mm 72 mm Varian I. Bruker Varian UI Bruker Varian I. Varian I. #ch 2

21.2 T 17.6 T 16.9 T 14.1 T 14.1 T 11.7 T 11.7 T 9.0 T

105 mm 89 mm 52 mm 52 mm 52 mm 52 mm 52 mm 89 mm

4 4 4 3 3 3 3 3

NATIONAL HIGH MAGNETIC FIELD LABORATORY
Solid State Spectrometers: Field Bore 32 mm 52 mm Shims n/a internal Console Techmag D. Techmag D. Bruker AV 29 mm 72 mm 72 mm 72 mm Bruker DRX Bruker DMX Bruker Bruker DMX #ch 2 2 4 3 3 2 3

45 Tesla Narrow Bore Hybrid 45.0 T 25 Tesla Standard Bore Resistive 900 MHz Wide Bore 1 830 MHz Narrow Bore 600 MHz Wide Bore 400 MHz Wide Bore 300 MHz Wide Bore 25.0 T

21.2 T 105 mm 19.6 T 14.1 T 9.4 T 7.0 T 31 mm 89 mm 89 mm 89 mm

NATIONAL HIGH MAGNETIC FIELD LABORATORY
Imaging Spectrometers: 900 MHz Wide Bore 1 750 MHz Wide Bore 600 MHz Wide Bore 470 MHz Animal Bore 200 MHz Animal Bore 125 MHz Human Bore Field Bore Shims Console Bruker AV 72 mm 72 mm Bruker Bruker Bruker Varian

21.2 T 1 17.6 T 14.1 T 11.0 T 4.7 T 3.0 T

105 mm 89 mm 89 mm 400 mm 200 mm 600 mm

日本横浜磁共振园区

基因组学科学中心(GSC)的NMR谱仪
频率MHz 900 800 700 600 500 400 总数 数量 2 14 (cryo probe 1 + cold probe 1) 6 (cryo probe 2) 17 (cryo probe 8 + cold probe 1) 1 1 41

2000.3 和 2002.10 两次建设
2005 03 23 更新版

http://protein.gsc.riken.jp/Facilities/NMR/#top

800MHz

800MHz

800MHz

800MHz

600MHz 800MHz 800MHz

600MHz 800MHz

900MHz

900MHz

Cryogenic Facility

800MHz

GSC NMR Facility


相关文章:
500M核磁介绍及操作
新的 NanoBay 的设计将 Bruker 高性能的 Avance(TM) III NMR 谱仪技术装入 紧凑的机柜中,有着更直观的常规用户 界面,并 这些界面提供了中文和日文的图形界面...
精密仪器
四、核磁共振技术的发展前景在今后的发展历程中,这项技术还会有很好的前景,在提高磁体的磁场强度方面,预期 21 世纪将会出现大于 1GHz 的 NMR 谱仪,将使生物大...
现代分析测试技术
这是制约 NMR 技术在药物筛选、 发现和设计等方面应用的关键瓶颈。 随着高场 NMR 谱仪 NMR 新方法与新技术的不 断发展 ,尤其是 900 MH z 的 NMR 谱仪、...
NMR应用
NMR 技术 核磁共振频谱学 NMR 技术即核磁共振谱技术,是将核磁共振现象应用于...布鲁克光谱仪器公司(BRUKER OPTICS) minispec 磁共振分析仪 产品型号:mq 20,mq ...
HPLC-NMR技术及其应用
HPLC-NMR技术及其应用_院校资料_高等教育_教育专区。HPLC-NMR技术及其应用 ...分析的样品都处于液体状态, 使用温度范围也相近, 因此这两种谱仪联用 时不必作...
台式核磁共振谱仪-科研型
上海寰彤科教设备有限公司 90MZ 核磁共振谱仪—科研型排队等候测试核磁数据是一...或则进行结构的初 测 HTNMR 是一款革命性的产品,随着永磁加工设计技术的发展,...
MRI设备的现状与发展趋势
10 1 摘要: 核从共振(NMR)为近年发展的新的、 很有前途的影像学技术, 目...国外主流厂家磁共振成像设备的核心部件谱仪都依靠自己生产. 安科公司等国内企业...
核磁共振技术的应用
随着核磁谱仪的普及和核磁应用的开发,更多的领域将受益于核磁共振技 术。 六、核磁共振发展前景: NMR谱技术今后最富有前景的应用领域有以下几个方面: ①继续...
NMR新技术发展及化学应用分析
这一时期,NMR 核磁共振技 术还出现了许多新技术,比如核磁共振双频不多频技术、磁场超导化技术以及核磁共振 技术谱仪结构发展等。随着核磁共振技术的丌断研究发展...
布鲁AVANCE谱仪安全标准
标准和条例适用于 AVANCE 谱仪针对 NMR 谱仪, 附件和超导磁体的 CE 认证是...(2004-04): 机械安全性 - 基本概念和通用设计原则 - 第二部分: 技术原则(...
更多相关标签:
nmr谱图分析 | nmr图谱 | nmr氢谱例题解析 | nmr解谱 | h nmr谱 | nmr氢谱 | 标准nmr图谱 | nmr型神经肌肉康复仪 |