lpop 原子_我问我答核磁共振都能测什么原子核？

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  本期内容
  「我问我答」
  核磁共振都能测试什么原子核？
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    01.  核磁能测什么样的原子核？   对核磁不是很了解的童鞋经常会产生一种错觉，就是核磁只能测氢谱和碳谱，因为最常见。但其实并不是！
  核磁共振的研究对象是具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩。但并不是所有同位素的原子核都有自旋运动，自旋量子数I =0的原子核没有自旋运动。所以自旋量子数I≠0的原子核是核磁共振的研究对象。
  自旋量子数I≠0的原子核
  ↓
  存在自旋运动的原子核
  ↓
  具有磁矩的原子核
  原子核可按照I 的数值分为三类：
   1)I =0：中子数和质子数均为偶数，则I=0，如12C、16O、32S等；
   2)I 为半整数：中子数与质子数一个为偶数，另一个为奇数，则I 为半整数，如
  I=1/2：1H、13C、15N、19F、29Si、31P、77Se、113Cd、119Sn、195Pt、199Hg等；
  I=3/2：7Li、9Be、11B、23Na、33S、35Cl、37Cl、39K、63Cu、65Cu、79Br、81Br等；
  I=5/2：17O、25Mg、27Al、55Mn、67Zn等；
  I=7/2：43Ca、45Sc、51V等；
  I=9/2：87Sr、93Nb、209Bi等；
   3)I 为整数：中子数与质子数均为奇数，则I 为整数，如
  I=1：2H、6Li、14N等；
  I=2：58Co等；
  I=3：10B等。
  

  在网上检索核磁共振测试对象的时候，发现有一种观点认为“只有I=1/2的原子核才是核磁共振的测试对象”，这个观点对吗？
  这个观点当然是不全面的，从上面的知识整理我们已经知道(2)、(3)类的原子核都是核磁共振的研究对象，但是  为什么会出现这样的观点呢？  因为I≠0的原子核还可以再分类，分成以下两个类别：
  (a)  I  =1/2的原子核  ：电荷均匀分布于原子核表面，核磁共振的谱线窄，最适合核磁共振测试。  (b)  I  ＞1/2的原子核  ：电荷在原子核表面呈非均匀分布，因而具有电四极矩(有正负之分)。凡是具有电四极矩的原子核都有特有的弛豫机制，使得横向弛豫时间T2缩短，因此核磁共振的谱线加宽(上期内容我们讲到自然谱线宽度△v=1/T2，实际谱线宽度△v=1/T2'，T2'＜T2)，这对于核磁共振信号的检测是不利的。  若是有些原子核谱线加宽过于严重，如14N的NMR信号过宽至无法被正常分析，所以一般核磁不会选用14N核，而选择I=1/2的15N核作为检测对象。但这并不代表I＞1/2的原子核无法检测，比如7Li(I=3/2)、11B(I=3/2)、23Na(I=3/2)、25Mg(I=5/2)、27Al(I=5/2)等原子核都是可以进行核磁共振检测的。
  

   02.  还有其他的原子核特有性质会影响核磁测试吗？   部分原子核的核磁共振参数
  

  注：此表参考《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》第四版，宁永成编著。
  除了自旋量子数I，天然丰度、相对灵敏度、旋磁比、共振频率等原子核的特有性质会影响核磁共振测试。
      天然丰度的影响    
  天然丰度是指某一同位素在其所属的天然元素中占的原子数百分比。这就意味着在不标记的情况下，在待测样品中，1H核(天然丰度为99.8%)的占比远高于2H核(天然丰度为1.5×10-2%)，几乎所有H原子都可以产生核磁信号。而13C核(天然丰度为1.108)的占比远低于12C核(天然丰度为98.892%)，所以在进行13C NMR测试时，有接近99%的C是没有核磁响应的，因此测试13C NMR需要进行多次累加测试，导致碳谱的采集时间比氢谱要长的多。
     相对灵敏度的影响   
  相对灵敏度是指在外磁场相同，核数目相等，其他条件也都一样的情形下，以某一种核的灵敏度Sr作为参考，其他核的灵敏度S与Sr之比：
  

  称为相对灵敏度。一般以质子为参考，取它的灵敏度为1，上述的表格中即是以这种形式呈现的。
  以常见的核磁氢谱、碳谱进行对比，1H核的相对灵敏度(1.00)接近是13C核(1.59×10-2)的63倍，因此1H核的信号强度大于13C核。
  在书中，我们还会看到绝对灵敏度，绝对灵敏度是相对灵敏度与天然丰度的乘积，在此不做过多的赘述。
     共振频率的影响   
  在上一期推送内容中，我们提到了  共振频率，总结了以下两点：  1)  不同原子核的谱仪共振频率不同，仪器会根据所选择的原子核进行调谐  ；  2)不同原子核之间的共振频率的比例关系是基本不变化的。
  我们知道不同原子核的共振频率不同，有高有低。以目前仪器的测试范围而言，共振频率低于1/10倍的1H核共振频率的原子核称为  低频原子核  。以600MHz核磁谱仪为例，共振频率低于60MHz(1H核共振频率的1/10)的原子核被称为低频原子核。从表格数据中，我们可以清晰地发现15N原子核的共振频率约为60MHz，即从比15N原子核共振频率低的原子核(包含15N本身)都不在核磁谱仪直接测试的范围内。  高场的核磁仪器很难直接将这么低的频率调谐准确，因此需要特定原子核的低频调谐杆，  所以针对于共振频率较低的低频原子核也是可以进行测试的。     磁旋比的影响   
  在上期推送中，我们仅从表格数据中分析得到“不同原子核之间的共振频率之间的比例关系是基本不变化的”，但是为什么呢？
  产生核磁共振的条件是：
  

  其中，h为普朗克常量；ℏ=h/2π；γ是磁旋比，原子核的固有属性；B0是静磁感强度；v是该电磁波频率，即为
  

  由此，我们可以得到结论：在相同仪器测试条件下，不同原子的共振频率仅受磁旋比的影响。
  除此之外，在相对灵敏度的计算公式中
  

  我们也可以发现相对灵敏度受自旋量子数I 和磁旋比的影响，与磁旋比的三次方成正比。
  磁旋比是原子核的特定属性，本质上磁旋比决定了共振频率和相对灵敏度。
  

  总结  1)自旋量子数I ≠0的原子核是核磁共振的研究对象；2)  

，  在相同仪器测试条件下，不同原子的共振频率仅受磁旋比的影响；  3)

，相对灵敏度受自旋量子数I 和磁旋比的影响；  4)绝对灵敏度是相对灵敏度与天然丰度的乘积，它会影响谱图的信噪比。        

  以上就是本期全部内容  参考资料：《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》第四版，宁永成编著；  《简明核磁共振手册》，高汉滨、郑耀华编著。  感谢清华大学分析中心磁共振实验室对橙阳说的大力支持  努力更新的橙阳说  期待你的关注和留言  文字 / 橙阳
  图片 / 橙阳 网络
  审核 / 杨海军老师
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来源：https://blog.csdn.net/weixin_39575502/article/details/109976841
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