您好!我们是布鲁克(北京)科技有限公司。
作为全球领先的分析仪器供应商,布鲁克(Bruker)在核磁共振(NMR)领域拥有超过60年的深厚积淀。
我们深知,对于许多初次接触NMR的用户而言,这个“大家伙”既神秘又强大。
今天,就让我们为您揭开核磁共振波谱仪的神秘面纱,带您了解它究竟能“测”什么。
一、 简介:洞察分子世界的“超级显微镜”
简单来说,核磁共振波谱仪是一种用于探测原子核磁性及其周围化学环境的尖端分析仪器。
它不像光学显微镜那样直接“看”到物体,而是通过测量分子中特定原子核(如氢-1、碳-13等)在强磁场中的共振行为,来获取分子结构的详细信息。
因此,它被誉为洞察分子三维结构和动态过程的“超级显微镜”。
它能“测”的,归根结底是分子结构。
从有机小分子的化学式确认,到蛋白质等生物大分子的三维空间构象;从混合物中各组分的定性定量分析,到化学反应过程的实时监测——NMR都能提供无可替代的关键数据。
二、 构造和原理:强大性能背后的精密工程
一台高场核磁共振波谱仪是一个极其复杂的系统工程,其主要构造核心包括:
1、超导磁体:这是NMR的“心脏”。
它需要浸泡在液氦中,维持超导状态,以产生一个极度强大且稳定的静态磁场。
磁场强度越高,仪器的分辨率和灵敏度就越好。
2、射频发射与接收系统:包括探头和射频线圈。
探头是放置样品的地方,它既负责向样品发射特定频率的射频脉冲,也像一个“天线”,接收来自原子核的微弱NMR信号。
3、锁场和匀场系统:为了获得高分辨谱图,磁场必须高度均匀和稳定。
锁场系统实时补偿磁场的微小漂移,而匀场系统则通过一系列线圈产生的辅助磁场来“熨平”磁场空间上的不均匀性。
4数据处理与控制系统:由强大的计算机和布鲁克专属的TopSpin软件组成,负责控制整个实验流程、处理复杂的信号并最终转换成可读的谱图。
其基本原理基于原子核的自旋特性。
以氢原子核(质子)为例,它在强磁场中会像一个小磁针,有两种能量状态。
当我们施加一个与原子核进动频率相匹配的射频脉冲时,低能态的原子核会吸收能量跃迁到高能态。
当脉冲结束后,这些原子核会释放能量,回到初始状态,这个过程称为“弛豫”,期间会释放出可被检测的NMR信号。
不同化学环境下的原子核,其共振频率会有微小的差异(即“化学位移”),并且原子核之间还会通过化学键或空间产生相互作用(耦合、NOE效应等)。
这些信息共同编码在NMR信号中,经过傅里叶变换,最终形成我们看到的核磁共振谱图。
三、 主要功能:从“指纹”到“三维照片”
基于上述原理,NMR波谱仪能够执行多种功能强大的实验:
一维谱:如¹H NMR和¹³C NMR。
这是最基础的实验,提供原子种类、数量及化学环境信息,如同分子的“指纹”。
二维/三维谱:如COSY, HSQC, HMBC, NOESY等。
这些高级实验能够揭示原子之间的连接关系(通过化学键)和空间接近关系(通过空间),从而用于解析复杂的分子结构,如同为分子拍摄“三维立体照片”。
弛豫时间测量:测量原子核的弛豫速率,可用于研究分子的动态行为、分子大小和相互作用。
定量NMR:信号强度与原子核数量成正比,因此NMR可以无需标准品即可对混合物中各组分进行精确定量。
动力学研究:监测化学反应的进程、中间体的生成与消失,研究反应机理。
四、 用途:赋能科学发现与工业创新
布鲁克的NMR解决方案广泛应用于科研和工业的各个前沿领域:
1、化学与材料科学:新化合物结构确证、反应机理研究、高分子材料序列分析与表征、催化剂研发等。
2、制药与生物医药:药物小分子结构解析与纯度鉴定、药物与靶点蛋白的相互作用研究(基于片段的药物筛选FBDD)、生物制剂(如抗体、 mRNA疫苗)的质量控制和高级结构分析。
3、生命科学研究:蛋白质、核酸等生物大分子的三维结构解析与动力学研究;代谢组学——通过分析生物体液(如血液、尿液)中的小分子代谢物全景,寻找疾病生物标志物。
4、食品与农业科学:鉴别真伪(如蜂蜜、橄榄油)、分析营养成分、研究食品在加工和储存过程中的变化。
5、能源与地质科学:分析石油组分、研究页岩气在岩石孔隙中的分布等。
在布鲁克(北京),我们的使命不仅是提供全球顶尖的NMR仪器,更是通过本地化的应用支持、技术服务和合作,与中国的科学家和工程师们并肩作战,共同推动从基础研究到产业升级的跨越。
我们相信,核磁共振技术这把“分子尺子”,将继续在人类探索未知、创造未来的征程中,扮演不可或缺的角色。
希望本次简介能帮助您对核磁共振波谱仪有一个清晰的了解。
如需更深入的技术交流,我们随时恭候。
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