一、概述1、核磁共振2、簡單歷史回顧3、核磁共振儀器的進展本文檔共125頁；當前第1頁；編輯于星期三\18點13分一、概述1、核磁共振（Nuclearmagneticresonance,NMR）在靜磁場中，自旋的原子核發生能級（塞曼）分裂，特征能量的電磁波引起原子核磁能級共振躍遷并吸收特征能量電磁波的現象。稱為“核磁共振”或“核移躍遷”。電磁波與磁場中的原子核作相互用，產生核磁共振。NMR屬于吸收光譜，與UV-vis和紅外光譜法類似。核磁共振波譜學是光譜學的一個分支，處于電磁波的最低端——無線電波段。本文檔共125頁；當前第2頁；編輯于星期三\18點13分是物質結構定性分析最強有力的工具之一，亦可進行定量分析。如：測定有機化合物的結構

1HNMR──分子中氫原子的位置、環境以及官能團和C骨架上的H原子相對數。

CHCH2CH3中H的比值或相對數量本文檔共125頁；當前第3頁；編輯于星期三\18點13分2、簡單歷史回顧1946年F.Bloch(斯坦福大學)&EMPurcell（哈弗大學）領導的兩個小組幾乎同時觀察到核磁共振現象。Bloch水中質子的信號，Purcell石蠟中質子共振信號，1952年獲Nobel物理獎1950發現化學位移，隨后偶合常數，弛豫時間，引起化學界高度重視1953年第一臺核磁共振儀器問世，1H研究較成熟1970年脈沖傅里葉變換核磁共振儀，靈敏度提高，13C核磁共振蓬勃發展。1971年Jeener二維核磁譜建立了化學位移與偶合常數的關系、同核和異核成鍵作用的關系、空間作用的關系，分析物質的空間結構。本文檔共125頁；當前第4頁；編輯于星期三\18點13分1987年Emst論述了二維NMR理論和實驗原理（91年獲諾獎），在此基礎上，學術界開展了多核NMR深入研究。NMR在固態分析發展1971年ERAndrew固體NMR研究，1976年MMehring固體NMR專著，1993年專著—固體NMR高分辨率原理NMR成像技術的發展1973年美Paul.C.Lauterbur核磁共振成像技術。物理學隨著無線電電子學、數學圖像處理、計算機技術、應用數學等領域隨后，在醫學領域NMR成像系統及廣泛應用本文檔共125頁；當前第5頁；編輯于星期三\18點13分*3、核磁共振儀器的進展核磁共振在儀器、實驗方法、理論和應用等方面飛躍進步。譜儀頻率已從30MHz發展到1000MHz。儀器工作方式從連續波譜儀發展到脈沖-傅里葉變換譜儀。譜圖已從一維譜到二維譜、三維譜甚至更高維譜。應用學科從化學、物理擴展到生物、醫學等多個學科。核磁共振成像技術還可以與斷層掃描技術(CT)結合為臨床診斷和生理學、醫學研究提供重要數據總之，核磁共振已成為最重要的儀器分析手段之一。本文檔共125頁；當前第6頁；編輯于星期三\18點13分*在醫學診斷中NMR的優勢是診斷早期病變的臨床醫學影像技術，對患者和檢查者安全。相對于X-射線透視技術和放射造影技術，NMR對人體輻射小。相對于超聲探測技術，NMR成像更加清晰，顯示更多細節。相對于其他成像技術，核磁共振成像不僅僅能夠顯示有形的實體病變，而且還能夠對腦、心、肝等功能性反應進行精確的判定在帕金森氏癥、阿爾茨海默氏癥、癌癥等疾病的診斷方面，NMR技術都發揮了非常重要的作用。本文檔共125頁；當前第7頁；編輯于星期三\18點13分經典核磁共振波譜儀本文檔共125頁；當前第8頁；編輯于星期三\18點13分傅立葉變換核磁共振波譜儀不是通過掃場或掃頻產生共振；恒定磁場，施加全頻脈沖，產生共振，采集產生的感應電流信號，經過傅立葉變換獲得一般核磁共振譜圖。（類似于一臺多道儀）本文檔共125頁；當前第9頁；編輯于星期三\18點13分超導核磁共振波譜儀：永久磁鐵和電磁鐵：

磁場強度<25kG超導磁體：鈮鈦或鈮錫合金等超導材料制備的超導線圈；在低溫4K，處于超導狀態；磁場強度>100kG開始時，大電流一次性勵磁后，閉合線圈，產生穩定的磁場，長年保持不變；溫度升高，“失超”；重新勵磁。超導核磁共振波譜儀：

200-400HMz；可高達600-700HMz；本文檔共125頁；當前第10頁；編輯于星期三\18點13分核磁共振應用

核磁共振適合于液體、固體。如今的高分辨技術，還將核磁用于了半固體及微量樣品的研究。核磁譜圖已經從過去的一維譜圖（1D）發展到如今的二維（2D）、三維（3D）甚至四維（4D）譜圖，陳舊的實驗方法被放棄，新的實驗方法迅速發展，它們將分子結構和分子間的關系表現得更加清晰。在世界的許多大學、研究機構和企業集團，都可以聽到核磁共振這個名詞，包括我們在日常生活中熟悉的大集團。而且它在化工、石油、橡膠、建材、食品、冶金、地質、國防、環保、紡織及其它工業部門用途日益廣泛。在中國，其應用主要在基礎研究方面，企業和商業應用普及率不高，主要原因是產品開發不夠、使用成本較高。但在石油化工、醫療診斷方法應用較多。作為蛋白質的結構測定和解析中有力工具本文檔共125頁；當前第11頁；編輯于星期三\18點13分一些實際的應用分子結構的測定化學位移各向異性的研究金屬離子同位素的應用動力學核磁研究質子密度成像T1T2成像化學位移成像其它核的成像指定部位的高分辨成像元素的定量分析有機化合物的結構解析表面化學有機化合物中異構體的區分和確定大分子化學結構的分析生物膜和脂質的多形性研究脂質雙分子層的脂質分子動態結構生物膜蛋白質——脂質的互相作用壓力作用下血紅蛋白質結構的變化生物體中水的研究生命組織研究中的應用生物化學中的應用在表面活性劑方面的研究原油的定性鑒定和結構分析瀝青化學結構分析涂料分析農藥鑒定食品分析藥品鑒定本文檔共125頁；當前第12頁；編輯于星期三\18點13分二、核磁共振基本原理核磁共振的基本原理原子核的自旋和磁矩核的進動和磁能級核磁共振的條件弛豫過程核磁共振儀器的工作原理工作原理實現核磁共振的兩種方法樣品制備方法要求掌握本文檔共125頁；當前第13頁；編輯于星期三\18點13分1、原子核的自旋和磁矩（1）核自旋I：自旋量子數；h：Planck常數；P：自旋角動量質量數原子序數自旋量子數實例偶數偶數012C,16O,32S,28Si,30Si,32S等奇數奇數或偶數1/21H,13C,15N,19F,29Si,31P等奇數奇數或偶數3/2，5/2…..11B,17O,33S,35Cl,37Cl,127I等偶數奇數1,2,3……2H,10B,14N等原子核的自旋量子數核自旋具有角動量（矢量）核自旋角動量和自旋量子數的關系式：（一）核磁共振的基本原理本文檔共125頁；當前第14頁；編輯于星期三\18點13分（2）磁矩原子核是帶電粒子，自旋運動時產生磁場，形成磁偶極子，具有磁的性質。核磁矩(μ)：兩個磁極間的磁偶極的大小，矢量，方向與和自旋角動量（P）重合。其大小關系：μ=

P 其中為核磁旋比（磁矩和P的比值）自旋角動量(P)是量子化的，根據量子學原則，在外加磁場（H0）方向(沿z軸)的分量（Pz），是h/(2π)的倍數，倍數可用自旋量子數（I）表示本文檔共125頁；當前第15頁；編輯于星期三\18點13分2、核的進動和磁能級（1）核的進動自旋核在外加磁場中，核自旋行為像重力場中旋轉的陀螺，核一方面自旋，一方面圍繞磁場旋轉，這種運動方式稱進動，也稱拉莫爾（Larmor）進動。核自旋軸（同核磁矩矢量重合）和H0軸（回旋軸）成一角度（θ），自旋核就繞H0軸進動。進動頻率（ν0）稱Larmor頻率，Larmor頻率隨磁場強度增大而增大（ν0∝H0）陀螺的旋進運動模擬外磁場中的磁性核本文檔共125頁；當前第16頁；編輯于星期三\18點13分（2）核能分裂（磁能級）根磁學原理，核磁矩在外磁場（H0）中的具有能量（E）磁量子數（m)：自旋核在H0中有不同取向，m共有（2I+1）個取向，每個自旋取向代表原子核處于某種特定能量狀態，稱為~。若I=1/2，則有2種取向，磁能級不同m=+1/2，E（+1/2）=-μzH0（能量低）；

m=-1/2，E（-1/2）=+μzH0（能量高）（負號：表示“核磁矩（μ）與H0的方向”，順向能量低，反向能量高）2種取向（磁能級）的能量差ΔE=E（-1/2）-E（+1/2）本文檔共125頁；當前第17頁；編輯于星期三\18點13分小結

核磁共振現象

自旋量子數I=1/2的原子核（如：1H），可當作電荷均勻分布的球體，繞自旋軸轉動時，產生磁場，類似一個小磁鐵。當置于外磁場H0中時，相對于外磁場，m有（2I+1）種取向：氫核（I=1/2），兩種取向（兩個能級）：與外磁場平行，能量低， 磁量子數ｍ＝＋1/2;(2)與外磁場相反，能量高， 磁量子數ｍ＝－1/2;發生核磁共振，就要吸收特征能量。本文檔共125頁；當前第18頁；編輯于星期三\18點13分3、核磁共振條件在外磁場（H0）中，原子核能級裂分。射頻振蕩線圈產生電磁波，產生與H0垂直的震蕩磁場H1。改變射頻，其頻率與自旋核的Larmor進動頻率（ν0

）相等時核吸收射頻波的能量，由低能級向高能級躍遷，即核磁共振共振條件：射頻磁場的頻率（ν

）ν

=ν0=H0/(2)如：H0=14092Gsν

=H0/(2)=60MHz本文檔共125頁；當前第19頁；編輯于星期三\18點13分ν

=ν0=H0/(2)推論若磁場固定，頻率（ν）值取決于磁旋比（）值不同的核，在同一磁場中發生核躍遷的頻率不同如：1H和19F，H>F，1H需要比19F更大的射頻才能發生共振某一射頻只能觀察一種核的核磁共振（NMR）若固定射頻（ν），19F比1H需要更大的H0才能發生共振本文檔共125頁；當前第20頁；編輯于星期三\18點13分4、弛豫過程？： 通過非輻射方式使高能態核回到低能態的過程，保持低能態核數始終大于高能態核數，這個過程稱~。弛豫過程的方式（2種）：（1）縱向弛豫（T1）（自旋-晶格）：高能級核將能量傳遞給周圍的分子（固體或液態），最終變為熱運動，自旋核回到低能級的過程。 非碰撞傳遞，傳遞給回旋頻率相等的物質。

T1：液態快，固體慢（2）橫向弛豫（T2）（自旋-自旋弛豫）：一個自旋核與另一個自旋核交換能量的過程。各種能級的核數量不變，系統總能量不變。

T2：固體快、液態慢本文檔共125頁；當前第21頁；編輯于星期三\18點13分（二）核磁共振波譜儀工作原理本文檔共125頁；當前第22頁；編輯于星期三\18點13分1、工作原理1．永久磁鐵：

提供外磁場，要求穩定性好，均勻，不均勻性小于六千萬分之一。外繞掃場線圈。2．射頻振蕩器：線圈垂直于外磁場，發射一定頻率的電磁輻射信號。如：60MHz或100MHz。本文檔共125頁；當前第23頁；編輯于星期三\18點13分3．射頻信號接受器（檢測器）：當質子的進動頻率與輻射頻率相匹配時，發生能級躍遷，吸收能量，在感應線圈中產生毫伏級信號。4．樣品管：外徑5mm玻璃管，測量過程中旋轉，磁場作用均勻。本文檔共125頁；當前第24頁；編輯于星期三\18點13分2、實現核磁共振的兩種方法（1）掃場法:ν不變，改變H0（常用）（2）掃頻法:H0不變，改變νν

=ν0=H0/(2)本文檔共125頁；當前第25頁；編輯于星期三\18點13分3、樣品的制備：試樣濃度：5~10%；需要純樣品15~30mg；傅立葉變換核磁共振波譜儀——需要純樣品1mg；標樣濃度（四甲基硅烷TMS）：1%；溶劑：1H譜——四氯化碳，二硫化碳； 氘代溶劑：氯仿，丙酮、苯、二甲基亞砜的氘代物；本文檔共125頁；當前第26頁；編輯于星期三\18點13分三、核磁共振與化學位移化學位移的產生及表示方法影響化學位移的因素有機化合物化學位移簡單介紹本文檔共125頁；當前第27頁；編輯于星期三\18點13分1、化學位移的產生及表示方法（1）化學位移化合物結構中不同位置的原子核，周圍的電子云密度不同，核磁共振的頻率有差異，即引起共振吸收峰的位移，這種現象稱為化學位移。——反映質子核所處的化學環境。物質中所有質子核磁共振頻率是否相同呢？共振條件可知：ν

=ν0=?H0/(2)

強度一定的磁場中，H0=14092Gs質子產生的核磁共振頻率也一定，即為60MHz則化合物中所有的質子處于一個吸收峰，實際上并非如此，Why？1HNMR:CH3—OH本文檔共125頁；當前第28頁；編輯于星期三\18點13分質子化學位移不同的原因分子中沒有完全裸露孤立存在的質子給定照射頻率下，原子核外電子云產生感應磁場，與H0磁場方向相反，對H0的磁場具有屏蔽作用。質子產生共振需要更大的外磁場強度（相對于裸露的氫核），來抵消屏蔽影響。感生磁場強度與H0關系感生磁場強度——以屏蔽常數（σ)表示，與H0成正比例關系，電子云密度越大、屏蔽作用越大、σ越大質子核感受到的磁場強度將減?。篐0(1-σ)：核共振吸收的頻率與H0的關系：0=[

/(2)]H0

(1-)屏蔽常數“σ”反映電子云對質子的屏蔽作用—

不同環境中的質子發生不同的化學位移本文檔共125頁；當前第29頁；編輯于星期三\18點13分（2）化學位移表示方法從吸收頻率來看，“化學位移”的單位為“Hz”60MHz儀器，質子共振頻率變化約在1000Hz100MHz儀器，質子共振頻率的變化約在1700HzH0不同，共振產生的頻率不同，無法比較。要求測定幾個Hz的精度，測定絕對值非常困難因此，采用相對值的方法表示“化學位移”本文檔共125頁；當前第30頁；編輯于星期三\18點13分（A）1970年IUPAC（國際純粹與應用化學協會）建議：化學位移用位移常數（δ）來表示，單位：ppm掃頻： δ

=（ν樣品-ν標準）×106/ν標準

=（ν樣品-ν標準）×106/ν儀器掃場： δ

=（H樣品-H標準）×106/H標準=（H樣品-H標準）×106/H儀器儀器：數十MHz到數百MHZ；測定差值：幾十Hz至幾百Hz比值：百萬分之幾，所以×106，單位：ppm（2）化學位移表示方法本文檔共125頁；當前第31頁；編輯于星期三\18點13分（2）化學位移的表示方法（B)位移的標準沒有完全裸露的氫核，沒有絕對的標準。相對標準： 四甲基硅烷Si(CH3)4，簡稱：TMS，（內標或外標）

位移常數TMS=0（1970年IUPAC規定）(C)為什么用TMS作為基準?

a.12個氫處于完全相同的化學環境，只產生一個尖峰；

b.屏蔽強烈，位移最大。與有機化合物中的質子峰不重迭；

c.化學惰性；易溶于有機溶劑；沸點低，易回收。本文檔共125頁；當前第32頁；編輯于星期三\18點13分（2）位移的表示方法與裸露的氫核相比，TMS的化學位移最大，但規定TMS=0，其它種類氫核的位移為負值，負號不加（省略）。=[(樣-TMS)/TMS]?106(ppm)小，屏蔽作用強，共振需要的磁場強度大，在高場出現，圖右側；

大，屏蔽弱，共振需要的磁場強度小，在低場出現，圖左側；（D）表示規則本文檔共125頁；當前第33頁；編輯于星期三\18點13分2、影響化學位移的因素（4個因素）（1）電負性—去屏蔽效應

與質子相連元素的電負性越強，吸電子作用越強，價電子偏離質子，屏蔽作用減弱，信號峰在低場出現。-CH3

=1.6~2.0，高場；-CH2I=3.0~3.5,位移增大-O-H，-C-H，大小低場高場圖1和圖2質子的化學位移有何不同？Why？圖1甲醇的1HNMR圖1碘乙烷的1HNMR本文檔共125頁；當前第34頁；編輯于星期三\18點13分電負性對化學位移的影響（了解）碳雜化軌道電負性：SP>SP2>SP3本文檔共125頁；當前第35頁；編輯于星期三\18點13分（2）磁各向異性效應

價電子產生誘導磁場，質子位于其磁力線上，與外磁場方向一致，對質子具有去屏蔽。本文檔共125頁；當前第36頁；編輯于星期三\18點13分（3）氫鍵效應形成氫鍵后1H核屏蔽作用減少，氫鍵屬于去屏蔽效應。原子之間的相互作用力的變化測定物質之間的相互作用本文檔共125頁；當前第37頁；編輯于星期三\18點13分（4）空間效應本文檔共125頁；當前第38頁；編輯于星期三\18點13分空間效應Ha=3.92ppmHb=3.55ppmHc=0.88ppmHa=4.68ppmHb=2.40ppmHc=1.10ppm去屏蔽效應本文檔共125頁；當前第39頁；編輯于星期三\18點13分3、化合物的化學位移簡單介紹①飽和烴-CH3:CH3=0.791.10ppm-CH2:CH2=0.981.54ppm-CH:CH=CH3+(0.50.6)ppmH=3.2~4.0ppmH=2.2~3.2ppmH=1.8ppmH=2.1ppmH=2~3ppm本文檔共125頁；當前第40頁；編輯于星期三\18點13分②烯烴

端烯質子：H=4.8~5.0ppm內烯質子：H=5.1~5.7ppm與烯基，芳基共軛：H=4~7ppm③芳香烴

芳烴質子：H=6.5~8.0ppm供電子基團取代-OR，-NR2時：H=6.5~7.0ppm吸電子基團取代-COCH3，-CN，-NO2時：H=7.2~8.0ppm本文檔共125頁；當前第41頁；編輯于星期三\18點13分-COOH：H=10~13ppm-OH：（醇）H=1.0~6.0ppm

（酚）H=4~12ppm-NH2：（脂肪）H=0.4~3.5ppm

（芳香）H=2.9~4.8ppm

（酰胺）H=9.0~10.2ppm-CHO：H=9~10ppm本文檔共125頁；當前第42頁；編輯于星期三\18點13分常見結構單元化學位移范圍本文檔共125頁；當前第43頁；編輯于星期三\18點13分四、自旋偶合與自旋分裂1、峰的裂分現象乙醚的譜圖（低分辨），高分辨——現代核磁共振儀，1H兩個峰各分裂成四重峰和三重峰，這種情況叫做峰的裂分現象。低分辨NMR高分辨NMRCH3-CH2-O-CH2-CH3本文檔共125頁；當前第44頁；編輯于星期三\18點13分2、自旋偶合與自旋裂分每類氫核不總表現為單峰，有時為多重峰。原因：相鄰兩個C原子氫核之間的自旋偶合（自旋干擾）；本文檔共125頁；當前第45頁；編輯于星期三\18點13分自旋偶合：相鄰兩個C原子氫核自旋產生磁場的相互作用， （自旋原子核之間產生的相互干擾） 稱自旋--自旋耦合（spin-spincoupling），簡稱自旋耦合。自旋分裂：由于自旋原子核產生磁場之間的干擾，原子核的NMR共振信號發生分裂的現象。例如：一個質子信號的分裂取決于鄰近C原子上的質子數目。自旋偶合產生共振信號的裂分；自旋偶合是因，峰的裂分是果等性的H：：－CH3的三個H,不發生自旋耦合本文檔共125頁；當前第46頁；編輯于星期三\18點13分3、自旋偶合本文檔共125頁；當前第47頁；編輯于星期三\18點13分4、峰裂分數與峰面積

峰裂分數：符合n+1規律；主要由相鄰碳原子上的質子數決定；各峰的系數符合二項式展開式的系數；峰面積：峰面積的積分與同類質子數成正比，僅能確定各類質子之間的相對比例。本文檔共125頁；當前第48頁；編輯于星期三\18點13分峰裂分數1:11:3:3:11:11:2:1本文檔共125頁；當前第49頁；編輯于星期三\18點13分峰裂分數1H核與n個不等價1H核相鄰時，裂分峰數：（n+1)(n′+1)……個；(nb+1)(nc+1)(nd+1)=2×2×2=8Ha裂分為8重峰1:3:3:11:2:11:11:6:15:20:15:6:1本文檔共125頁；當前第50頁；編輯于星期三\18點13分峰裂分數Ha裂分為多少重峰？01234JcaJbaJca

JbaHa裂分峰:(3+1)(2+1)=12實際Ha裂分峰:(5+1)=6強度比近似為：1:5:10:10:5:1本文檔共125頁；當前第51頁；編輯于星期三\18點13分5、偶合常數

（J）（1）定義：相鄰兩個裂分峰之間的距離稱為偶合常數(J)，其單位為Hz。 用來衡量偶合作用的大小。（2）裂分峰的化學位移奇數峰居中偶數峰也居中本文檔共125頁；當前第52頁；編輯于星期三\18點13分（3）耦合常數性質①表示兩個質子間相互干擾的強度。Jab的大小與磁場H0的強度無關，是由偶合分子本身結構決定。②相互干擾的兩個質子，其偶合常數必然相等。根據偶合常數是否相等可以判斷哪些質子之間發生了相互偶合。③在化學結構上等性的H（如：－CH3的三個H,其J=0)，相互之間不產生信號的自旋裂分。

④當兩組峰（Ha和Hb)化學位移之差（△ν）與偶合常數（Jab)之比大于6（即△ν/J>6）時，符合（n+1)裂分規律和裂分峰面積的強度比。⑤當△ν接近或小于Jab時，出現復雜的多重峰。本文檔共125頁；當前第53頁；編輯于星期三\18點13分6、峰面積與氫原子數目的關系揭示不同環境中H的化學位移和H的數目以乙醚的NMR譜為例兩組峰的峰面積是不同的，衡量其面積之比是3：2，恰好是-CH3和-CH2基中氫原子數之比一組峰高2cm,一組峰高3cm，總高5cm.乙醚分子含10個氫原子，則10/5＝2（氫的數目/cm)，一組峰4個H，一組峰6個H.CH3-CH2-O-CH2-CH3

乙醚的NMR譜面積之比等于氫原子數之比CH3-CH2-O-CH2-CH3本文檔共125頁；當前第54頁；編輯于星期三\18點13分衡量共振峰面積的方法積分曲線高度法，自動積分儀對峰面積進行自動積分。積分曲線的畫法是由低場到高場，從積分曲線起點到終點的總高度與分子中全部氫原子的數目成比例。每一階梯的高度表示引起該共振峰的氫原子數之比，其高度比可以用坐標紙方格數（或cm)表示。（目前計算機完成）乙醚的NMR譜本文檔共125頁；當前第55頁；編輯于星期三\18點13分碳譜與氫譜的對比本文檔共125頁；當前第56頁；編輯于星期三\18點13分五、生物學中的NMR1、核磁共振是測定蛋白質結構的主要技術，其特點如下：（1）接近生理條件的溶液中進行，所獲取的結構信息更接近于生物體內情況。（2）不需制備蛋白質單晶。（3）對樣品的要求也是比較嚴格的．例如。所研究的蛋白質不能太大，溶解性要好，穩定性要高，不降解不聚合，可進行同位素標記等等。（4）樣品穩定性高，滿足多維核磁共振長時間測定的要求本文檔共125頁；當前第57頁；編輯于星期三\18點13分2、在生物學其它方面的應

用：

研究生物大分子及其復合物在溶液中的三維結構和功能；

研究動態的生物大分子之間以及與配基的相互作用；

研究生物大分子的動態行為；

固體NMR或液體NMR技術研究膜蛋白的結構與功能；

研究蛋白質折疊，折疊動力學；

用于藥物篩選與設計；

研究代謝組學；

研究活細胞中的蛋白質—蛋白質相互作用；

核磁成像用于認知科學研究（直觀觀察）．本文檔共125頁；當前第58頁；編輯于星期三\18點13分六、NMR蛋白質結構測定基本程序純度：不應有鐵及其它雜質、粘度要低、濃度：5-10%；5mg(1H),15-30mg(13C)；傅立葉變換-NMR需1mg溶劑：1H譜=四氯化碳(1H),、二硫化碳氘代溶劑：水（D2O

）、氯仿、丙酮、苯、二甲基亞砜的氘代物標樣濃度（四甲基硅烷TMS）：1%樣品→1D-2D-3D（一級和二級結構)→計算出三維結構→能量最小化優化→高分辨率三維結構1、基本程序本文檔共125頁；當前第59頁；編輯于星期三\18點13分2、NMR詳細步驟1.樣品制備：將蛋白質溶于D2O或H2O中，相對分子質量大于6000的需要事先用15N或13C加以標記2.一維NMR實驗：測定1HNMR譜圖。用D2O交換以及做pH、溫度的影響實驗，以獲取化學位移、耦合常數以及有關形成氫鍵等信息3.二維NMR實驗：測定1H-1HCOSY等，以確定耦合體系，辨別氨基酸類型，進行序列識別，并根據NOE信息確定各種二級結構單元等。4.三維NMR實驗：測定CBCA(CO)NH,CBCANH,HNCO,HNHA,HCCH-COSY,NOESY-TOCSY等的三維圖譜，進一步確認各自旋體系5.四維NMR實驗：測定13C/15N編輯的NOESY或13C/13C編輯的NOESY譜，對重疊嚴重的一些譜峰的NOE相關性進行分析

本文檔共125頁；當前第60頁；編輯于星期三\18點13分本節小結核磁共振有關的概念、原理及應用。核磁共振儀的工作原理樣品的測定程序和步驟了解蛋白質的NMR解析步驟本文檔共125頁；當前第61頁；編輯于星期三\18點13分第四節質譜技術簡單介紹概念和原理，在蛋白質組學中再詳細介紹本文檔共125頁；當前第62頁；編輯于星期三\18點13分一、概述本文檔共125頁；當前第63頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第64頁；編輯于星期三\18點13分進樣系統離子源質量分析器檢測器1.氣體擴散2.直接進樣3.氣相色譜1.電子轟擊2.化學電離3.場致電離4.激光1.單聚焦2.雙聚焦3.飛行時間4.四極桿

質譜儀需要在高真空下工作：離子源（10-310-5Pa

）

質量分析器（10-6Pa

）1．大量氧會燒壞離子源的燈絲；2．用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；3．引起額外的離子－分子反應，改變裂解模型，譜圖復雜化。一、質譜分析原理本文檔共125頁；當前第65頁；編輯于星期三\18點13分電離室原理與結構儀器原理圖原理與結構本文檔共125頁；當前第66頁；編輯于星期三\18點13分質譜儀分析原理本文檔共125頁；當前第67頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第68頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第69頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第70頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第71頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第72頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第73頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第74頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第75頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第76頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第77頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第78頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第79頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第80頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第81頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第82頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第83頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第84頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第85頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第86頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第87頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第88頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第89頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第90頁；編輯于星期三\18點13分S/N≥10本文檔共125頁；當前第91頁；編輯于星期三\18點13分二、分類按離子源電嘖霧質譜(ESI)快原子轟擊質譜(FAB)基質輔助激光解吸離子化質譜（MALDI）根據兩個中心部件分類離子化源、質量分析器質量分析器本文檔共125頁；當前第92頁；編輯于星期三\18點13分儀器內部結構三、聯用儀器本文檔共125頁；當前第93頁；編輯于星期三\18點13分聯用儀器（THEGC/MSPROCESS）SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometer(MS)SeparationIdentificationBACD本文檔共125頁；當前第94頁；編輯于星期三\18點13分分子離子峰

分子電離：丟失一個電子形成的離子所產生的峰。分子離子的質量與該化合物的分子量相等。

有機化合物分子離子峰的穩定性順序：芳香化合物＞共軛鏈烯＞烯烴＞脂環化合物＞直鏈烷烴＞酮＞胺＞酯＞醚＞酸＞支鏈烷烴＞醇．本文檔共125頁；當前第95頁；編輯于星期三\18點13分分子量測定肽譜測定肽、蛋白序列測定巰基和二硫鍵定位蛋白質翻譯后修飾生物分子相互作用蛋白質組分析質譜技術在蛋白質結構分析中的應用本文檔共125頁；當前第96頁；編輯于星期三\18點13分本節小結質譜分析的概念和原理質譜分析在蛋白質分析方面的應用本文檔共125頁；當前第97頁；編輯于星期三\18點13分本節小結蛋白質序列分析方法和原理X衍射晶體分析及原理核磁共振原理及應用質譜分析技術本文檔共125頁；當前第98頁；編輯于星期三\18點13分思考題在何時發現核磁共振現象，其研究材料是什么？什么是化學位移，化學位移表示方法有哪些？采用的相對標準是什么？為什么采用？化學位移與磁場屏蔽效應的關系如何？磁量子數（m)，弛豫過程，弛豫過程的主要方式核磁共振及其條件？核磁共振波譜儀主要組成和工作原理，實現核磁共振的兩種方法？自旋偶合，為什么說自旋偶合是因，峰的裂分是果，偶合常數

（J），裂分峰的化學位移如何確定？耦合常數有哪些性質，具有和意義。舉例說明峰面積與氫原子數目的關系。衡量共振峰面積的方法。核磁共振是測定蛋白質結構的主要技術，其特點是什么？什么是質譜分析，質譜儀的原理、組成和分類，舉例說明。本文檔共125頁；當前第99頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第100頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第101頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第102頁；編輯于星期三\18點13分本文檔共125頁；當前第103頁；編輯于星期三\18點13分磁等同與磁不等同

1.化學等價（化學位移等價）若分子中兩個相同原子（或兩個相同基團）處于相同的化學環境，其化學位移相同，它們是化學等價的?；瘜W不等價例子：⑴對映異構體在手性溶劑中：兩個CH3化學不等價在非手性溶劑中：兩個CH3化學等價本文檔共125頁；當前第104頁；編輯于星期三\18點13分⑵固定在環上CH2的兩個氫化學不等價。⑶單鍵不能快速旋轉，連于同一原子上的兩個相同基化學不等價。⑷與手性碳相連的CH2的兩個氫化學不等價。本文檔共125頁；當前第105頁；編輯于星期三\18點13分分子中相同種類的核（或相同基團），不僅化學位移相同，而且還以相同的偶合常數與分子中其它的核相偶合，只表現一個偶合常數，這類核稱為磁等同的核。磁等同例子：三個H核化學等同磁等同二個H核化學等同，磁等同二個F核化學等同，磁等同六個H核化學等同磁等同磁等同本文檔共125頁；當前第106頁；編輯于星期三\18點13分兩核（或基團）磁等同條件①化學等價（化學位移相同）②對組外任一個核具有相同的偶合常數（數值和鍵數）Ha，Hb化學等價，磁不等同。JHaFa≠JHbFaFa，Fb化學等價，磁不等同。磁不同等例子：

本文檔共125頁；當前第107頁；編輯于星期三\18點13分化學位移表1本文檔共125頁；當前第108頁；編輯于星期三\18點13分化學位移表2本文檔共125頁；當前第109頁；編輯于星期三\18點13分偶合與弛豫13C-13C偶合的幾率很小（13C天然豐度1.1%）；13C-1H偶合；偶合常數1JCH：100-250Hz；峰裂分；譜圖復雜；去偶方法：(1)質子噪聲去偶或寬帶去偶(protonnoisedecouplingorboradbanddecoupling)：采用寬頻帶照射，使氫質子飽和；去偶使峰合并，強度增加(2)質子偏共振去偶：識別碳原子類型；弛豫：13C的弛豫比1H慢，可達數分鐘；采用PFT-NMR可測定，提供空間位阻、各向異性、分子大小、形狀等信息；本文檔共125頁；當前第110頁；編輯于星期三\18點13分碳譜與氫譜的對比譜圖去偶作用對比本文檔共125頁；當前第111頁；編輯于星期三\18點13分碳譜與氫譜的對比本文檔共125頁；當前第112頁；編輯于星期三\18點13分譜圖去偶作用對比本文檔共125頁；當前第113頁；編輯于星期三\18點13分譜圖去偶作用對比本文檔共125頁；當前第114頁；編輯于星期三\18點13分生物學中的NMR生物大分子的空間結構測定為結構生物學、功能基因組學和生物信息學等領域的研究提供重要的結構信息。核磁共振是測定蛋白質結構的主要技術，其主要優點在于：(1)NMR實驗接近生理條件的溶液中進行，所獲取的結構信息更接近于生物體內情況。(2)不需制備蛋白質單晶。但是，用

NMR技術測定蛋白質的空間結構。對樣品的要求也是比較嚴格的．例如。所研究的蛋白質不能太大，溶解性要好，穩定性要高，不降解不聚合，可進行同位素標記等等。在結構生物學的研究中．制備能滿足多維核磁共振長時間實驗要求的高穩定的蛋白質

NMR樣品是開展蛋白質分子空間結構測定工作的首要前提。本文檔共125頁；當前第115頁；編輯于星期三\18點13分核磁技術不僅僅局限于結構測定，它在生物學中的應

用還包括如下方面：

研究生物大分子及其復合物在溶液中的三維結構和功能；

研究動態的生物大分子之問以及與配基的相互作用；

研究生物大分子的動態行為；

用固體核磁共振或液體核磁共振技術研究膜蛋白的結構與功能；

研究蛋白質折疊，折疊動力學；

用于藥物篩選與設計；

研究代謝組學；

研究活細胞中的蛋白質一蛋白質相互作用；

核磁成像用于認知科學研究．本文檔共125頁；當前第116頁；編輯于星期三\18點13分應用于膜蛋白結構研究的核磁方法主要有液體核磁共振固體核磁共振方法其中液體核磁共振方法主要針對膜蛋白／去污劑膠束復合物(應用去污劑膠束來模擬膜蛋白的磷脂雙分子層環境)固體核磁共振方法則應用于膜蛋白／磷脂復合物在應用固體核磁共振方法研究膜蛋白三維結構時，又有兩種不同的方法魔角旋轉靜態取向這兩種固體核磁共振方法應用不同的手段，獲取不同的結構信息，但是都能應用來進行膜蛋白在磷脂中的結構研究．本文檔共125頁；當前第117頁；編輯于星期三\18點13分蛋白質同位素標記技術

蛋白質的同位素標記技術可以提高

NMR譜的靈敏度和分辨率。減小譜線線寬，從而減少譜峰重疊，簡單譜圖，而且能提高用NMR技術測定溶液構象的蛋白質的分子量上限。一般分子量小于

8kD的蛋白質可以不需進行同位素標記．使用1H-1