布魯克告訴您核磁共振波譜儀測(cè)什么（簡(jiǎn)介、構(gòu)造和原理、主要功能、用途）

您好！我們是布魯克（北京）科技有限公司。作為全球領(lǐng)先的分析儀器供應(yīng)商，布魯克（Bruker）在核磁共振（NMR）領(lǐng)域擁有超過(guò)60年的深厚積淀。我們深知，對(duì)于許多初次接觸NMR的用戶而言，這個(gè)“大家伙”既神秘又強(qiáng)大。今天，就讓我們?yōu)槟议_(kāi)核磁共振波譜儀的神秘面紗，帶您了解它究竟能“測(cè)”什么。

一、 簡(jiǎn)介：洞察分子世界的“超級(jí)顯微鏡”

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，核磁共振波譜儀是一種用于探測(cè)原子核磁性及其周?chē)瘜W(xué)環(huán)境的尖端分析儀器。它不像光學(xué)顯微鏡那樣直接“看”到物體，而是通過(guò)測(cè)量分子中特定原子核（如氫-1、碳-13等）在強(qiáng)磁場(chǎng)中的共振行為，來(lái)獲取分子結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息。因此，它被譽(yù)為洞察分子三維結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)過(guò)程的“超級(jí)顯微鏡”。

它能“測(cè)”的，歸根結(jié)底是分子結(jié)構(gòu)。從有機(jī)小分子的化學(xué)式確認(rèn)，到蛋白質(zhì)等生物大分子的三維空間構(gòu)象；從混合物中各組分的定性定量分析，到化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)——NMR都能提供無(wú)可替代的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

二、 構(gòu)造和原理：強(qiáng)大性能背后的精密工程

一臺(tái)高場(chǎng)核磁共振波譜儀是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其主要構(gòu)造核心包括：

1、超導(dǎo)磁體：這是NMR的“心臟”。它需要浸泡在液氦中，維持超導(dǎo)狀態(tài)，以產(chǎn)生一個(gè)極度強(qiáng)大且穩(wěn)定的靜態(tài)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，儀器的分辨率和靈敏度就越好。

2、射頻發(fā)射與接收系統(tǒng)：包括探頭和射頻線圈。探頭是放置樣品的地方，它既負(fù)責(zé)向樣品發(fā)射特定頻率的射頻脈沖，也像一個(gè)“天線”，接收來(lái)自原子核的微弱NMR信號(hào)。

3、鎖場(chǎng)和勻場(chǎng)系統(tǒng)：為了獲得高分辨譜圖，磁場(chǎng)必須高度均勻和穩(wěn)定。鎖場(chǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償磁場(chǎng)的微小漂移，而勻場(chǎng)系統(tǒng)則通過(guò)一系列線圈產(chǎn)生的輔助磁場(chǎng)來(lái)“熨平”磁場(chǎng)空間上的不均勻性。

4、數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)：由強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)和布魯克專屬的TopSpin軟件組成，負(fù)責(zé)控制整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程、處理復(fù)雜的信號(hào)并最終轉(zhuǎn)換成可讀的譜圖。

其基本原理基于原子核的自旋特性。以氫原子核（質(zhì)子）為例，它在強(qiáng)磁場(chǎng)中會(huì)像一個(gè)小磁針，有兩種能量狀態(tài)。當(dāng)我們施加一個(gè)與原子核進(jìn)動(dòng)頻率相匹配的射頻脈沖時(shí)，低能態(tài)的原子核會(huì)吸收能量躍遷到高能態(tài)。當(dāng)脈沖結(jié)束后，這些原子核會(huì)釋放能量，回到初始狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱為“弛豫”，期間會(huì)釋放出可被檢測(cè)的NMR信號(hào)。不同化學(xué)環(huán)境下的原子核，其共振頻率會(huì)有微小的差異（即“化學(xué)位移”），并且原子核之間還會(huì)通過(guò)化學(xué)鍵或空間產(chǎn)生相互作用（耦合、NOE效應(yīng)等）。這些信息共同編碼在NMR信號(hào)中，經(jīng)過(guò)傅里葉變換，最終形成我們看到的核磁共振譜圖。

三、 主要功能：從“指紋”到“三維照片”

基于上述原理，NMR波譜儀能夠執(zhí)行多種功能強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)：

一維譜：如1H NMR和13C NMR。這是最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)，提供原子種類、數(shù)量及化學(xué)環(huán)境信息，如同分子的“指紋”。

二維/三維譜：如COSY, HSQC, HMBC, NOESY等。這些高級(jí)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪沂驹又g的連接關(guān)系（通過(guò)化學(xué)鍵）和空間接近關(guān)系（通過(guò)空間），從而用于解析復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)，如同為分子拍攝“三維立體照片”。

弛豫時(shí)間測(cè)量：測(cè)量原子核的弛豫速率，可用于研究分子的動(dòng)態(tài)行為、分子大小和相互作用。

定量NMR：信號(hào)強(qiáng)度與原子核數(shù)量成正比，因此NMR可以無(wú)需標(biāo)準(zhǔn)品即可對(duì)混合物中各組分進(jìn)行精確定量。

動(dòng)力學(xué)研究：監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)程、中間體的生成與消失，研究反應(yīng)機(jī)理。

四、 用途：賦能科學(xué)發(fā)現(xiàn)與工業(yè)創(chuàng)新

布魯克的NMR解決方案廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)的各個(gè)前沿領(lǐng)域：

1、化學(xué)與材料科學(xué)：新化合物結(jié)構(gòu)確證、反應(yīng)機(jī)理研究、高分子材料序列分析與表征、催化劑研發(fā)等。

2、制藥與生物醫(yī)藥：藥物小分子結(jié)構(gòu)解析與純度鑒定、藥物與靶點(diǎn)蛋白的相互作用研究（基于片段的藥物篩選FBDD）、生物制劑（如抗體、 mRNA疫苗）的質(zhì)量控制和高級(jí)結(jié)構(gòu)分析。

3、生命科學(xué)研究：蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的三維結(jié)構(gòu)解析與動(dòng)力學(xué)研究；代謝組學(xué)——通過(guò)分析生物體液（如血液、尿液）中的小分子代謝物全景，尋找疾病生物標(biāo)志物。

4、食品與農(nóng)業(yè)科學(xué)：鑒別真?zhèn)危ㄈ绶涿邸㈤蠙煊停?、分析營(yíng)養(yǎng)成分、研究食品在加工和儲(chǔ)存過(guò)程中的變化。

5、能源與地質(zhì)科學(xué)：分析石油組分、研究頁(yè)巖氣在巖石孔隙中的分布等。

在布魯克（北京），我們的使命不僅是提供全球頂尖的NMR儀器，更是通過(guò)本地化的應(yīng)用支持、技術(shù)服務(wù)和合作，與中國(guó)的科學(xué)家和工程師們并肩作戰(zhàn)，共同推動(dòng)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)升級(jí)的跨越。我們相信，核磁共振技術(shù)這把“分子尺子”，將繼續(xù)在人類探索未知、創(chuàng)造未來(lái)的征程中，扮演不可或缺的角色。

希望本次簡(jiǎn)介能幫助您對(duì)核磁共振波譜儀有一個(gè)清晰的了解。如需更深入的技術(shù)交流，我們隨時(shí)恭候。

——布魯克（北京）科技有限公司