固体核磁共振技术在气体水合物研究中的应用

气体水合物是在低温高压条件下由气体和水形成的笼型化合物,主要有I型,II型和H型3种晶体结构,而固体核磁共振(solid state NMR)是测定其水合指数、笼占有率等结构参数的重要手段.该文综述了固体核磁共振技术的原理及其在水合物研究中的应用,着重介绍固体核磁共振在水合物结构表征、气体组分的鉴定、结构转化、以及在水合物生成/分解动力学过程监测方面的研究进展.同时,对其实验方法及测试条件也进行了详细的探讨.

生物固体核磁共振中样品发热的研究进展

近年来,固体核磁共振被广泛应用于膜蛋白、纤维化蛋白等体系的结构和功能研究.在固体核磁共振实验中,快速魔角旋转或高功率射频场照射等实验条件将导致样品发热.生物样品发热能导致严重的后果,例如样品温度的快速升高,信号分辨率、信噪比的降低,发热严重时甚至导致样品的不可逆损坏.近年来,人们对样品发热问题进行了一些研究,发现通过优化样品制备条件或固体核磁共振实验条件,以及改进探头设计等手段,可以在一定程度上减轻样品发热.该文主要综述了生物固体核磁共振研究中导致样品发热的原因和减轻样品发热的方法.

固体核磁共振研究淀粉样蛋白纤维的进展

淀粉样蛋白纤维是一类纤维状的蛋白质聚集体,与多种蛋白质沉积疾病相关.对淀粉样蛋白纤维结构的研究,有助于人们从分子水平上阐述其形成机理,提供相关疾病预防或治疗的依据.由于淀粉样蛋白纤维不可溶、非结晶,因此液体核磁共振和X-射线衍射等方法对这类体系的应用受限,而固体核磁共振被认为是研究这类体系最具前景的技术.该综述介绍了固体核磁共振解析蛋白质结构的方法及其应用于淀粉样蛋白纤维体系的研究进展.

固态高分子体系多尺度分子运动的核磁共振研究

固体核磁共振技术是研究固态高分子材料中结构和分子动力学的一种非常重要和有效的手段.该技术的一个重要特点是可以通过合理的实验方法,实现对研究体系中从低频(Hz)到中频(kHz)乃至高频(MHz)范围内分子运动的观测.因此,固体核磁共振技术非常适合研究高分子体系中各类不同尺度分子运动.该文首先简要介绍核磁共振研究分子运动的基本原理和方法,以及固态高分子体系的结构和分子动力学特点,然后结合固态高分子体系中的一些例子对核磁共振在固态高分子多尺度分子运动方面的一些研究成果展开讨论.

基于水冷磁体的超高场核磁共振波谱仪前置放大器系统设计与实现

基于水冷电磁体的超高场核磁共振实验的需求,提出了一种适用于该类核磁共振波谱仪的前置放大器系统的设计方案并予以实现.该系统包括前置放大器控制器、高带前置放大器、高带混频器、宽带前置放大器以及宽带混频器,实现了通道之间的自由切换、发射与接收的快速切换以及较大的接收动态范围、较低的噪声系数.

超强边缘磁场梯度场下的磁共振成像:STRAFI实验(英文)

磁共振成像(MRI)是一个能够探测样品内部特性的有效检测手段,已被广泛应用于化学、生物研究,以及医疗诊断领域.自约40年前发展以来,成像方法的不断发展使得MRI的成像分辨率、实验效率和成像杂核能力得到了很大的改进.边缘磁场成像(STRAFI)是一种很具潜力的成像方法之一,它利用了超导磁体本身具有的边缘场的强梯度场.该综述介绍了STRAFI基础,并概括了成像的基本原理、STRAFI的实验理论和方法及其在实际研究中的应用.由此将比较STRAFI实验相对于传统MRI方法的所具有的优势和多面可行性.

先进固体NMR技术研究高分子结构与动力学

随着固体NMR理论和谱仪硬件技术的不断发展,近年来固体NMR技术在高分子多尺度结构与动力学研究领域中正发挥着越来越重要的作用.多脉冲及高速魔角旋转(MAS)等质子高分辨技术的发展使得高灵敏度的1 H谱可有效地用于高分子化学结构与链间相互作用的检测;基于化学键(J耦合)相关和通过空间(偶极耦合)相互作用的各种二维异核相关谱NMR新技术,使得复杂高分子的链结构得以严格解析.基于MAS下同核和异核偶极-偶极相互作用、化学位移各向异性等各向异性相互作用重聚的系列新技术,使得研究者可在采用高分辨1 H或13 C检测信号的同时检测准静态下的各向异性相互作用,进而获得与之密切相关的结构和动力学信息.通过质子偶极滤波技术可有效检测多相聚合物中的界面相与相区尺寸、高分子共混物中的相容性等问题.在动力学的研究中,通过质子间自旋扩散的有效压制技术和化学位移各向异性的重聚,目前已经可以有效地获取链段上单个化学键的快速局域运动以及链段的超慢分子运动.上述丰富的多尺度NMR技术可以使研究者在不同空间和时间尺度上对高分子聚合物的微观结构、相分离和动力学行为等进行详细的研究,进而阐明高分子微观结构与宏观性能的关联.该文以固体NMR中最主要的2类核(1 H和13 C)的检测技术为主线,简单介绍近年来固体NMR领域的一些最新研究进展及其在高分子结构和动力学研究中的应用.

POSS纳米复合物链运动的固体NMR研究

利用固体NMR技术、并结合TEM技术研究了POSS掺杂到不同聚合物体系后POSS复合物的链段运动及结构特点,其中聚合物包括聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA).实验结果表明:POSS能很好的分散在这2种聚合物中,形成纳米结构的复合物;其中POSS在PBMA中形成的复合物表现出较强的链段运动性,而在PMMA中则表现出较低的运动性;同时,2D HETCOR的结果表明这2种聚合物本身结构特点不同,POSS/PBMA复合物中聚合物部分与POSS部分间的距离较近,而在POSS/PMMA中则较远.

固体丁酸类代谢物^(13)C化学位移的结构依赖性

丁酸类代谢物广泛存在于动物、植物和微生物中,且具有多种重要的生理功能,但它们的固体核磁共振参数、分子动力学性质及其结构依赖性并未得到清楚的认识.该文使用高分辨交叉极化与魔角旋转核磁共振(13 C CPMAS)实验技术,分析了一系列固体丁酸类代谢物的13C化学位移,发现了这些代谢物的13 C化学位移与其分子结构的一些相关性规律.另外还发现,固体丁酸类代谢物与其在溶液中的13 C化学位移有显著的差异.这些代谢物中甲基参与的疏水作用以及羟基、氨基和羧基参与的氢键作用均对其化学位移大小有重要的影响.上述结果为认识代谢物的结构和功能以及功能对结构的依赖性提供了重要信息.

结晶型PEO_8∶NaPF_6聚电解质中晶区链段的运动

利用固体 NMR 研究了高度结晶的聚氧乙烯（PEO）/六氟磷酸钠（NaPF6）（按照氧钠摩尔比8∶1描述为PEO8∶NaPF6，分子量Mw=1000和6000 g/mol）固体聚电解质晶区链段的结构和运动。对于纯PEO来说，晶区链段的构象交换或大角度再取向促使其13C粉末线形从低温的非轴对称（d33〈d22〈d11）变成高温的轴对称线形（d11=d22〉d33）。通过变温的13C粉末线形和243 K下的二维交换谱，PEO8∶NaPF6晶区链段同样存在大角度再取向，且开启温度也很低（~243 K）与PEO接近。这种长程的运动使得PEO8∶NaPF6从低温的类轴对称（d33〈d22〈d11）变成高温的轴对称线形（d33〉d22=d11），高温线形是PEO高温线形的翻转。与其它 PEO/Na（Li）固体聚电解质不同，PEO8∶NaPF6中晶区链段与 Na＋络合后仍具有很高的运动性（与纯PEO链段的运动性相当），这种高分子链段和Na＋协同运动促使Na＋沿PEO分子链轴向迁移，提高电导率。