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    新書推薦‖《核磁共振導論(第二版)》出版

    瀏覽次數: 842 日期:2020年12月28日

            哈佛大學的珀塞爾小組和斯坦福大學的布洛赫小組在20世紀40年代末和50年代初獨立開發了核磁共振波譜法。過去30年見證了核磁共振波譜技術發展成為相關研究領域最強大的分析工具之一。人們可以從核磁共振波譜上獲取很多信息,正如同紅外光譜一樣,核磁共振波譜也可以提供分子中化學官能團的數目和種類,但除此之外,它還可以提供許多紅外光譜無法提供的信息。核磁共振波譜對自然科學研究有著深遠的影響,人們不僅可以借助它來研究反應機理,還可以用來研究蛋白質和核酸的結構與功能。供研究的核磁樣品可為液體或固體。
            在一維譜圖上,除峰信號數量、峰信號強度之外,還有一個有助于解析分子結構的信息,即磁性原子核之間的J-耦合。這種耦合來源于臨近磁性原子核的不同自旋狀態數的相互作用,這種相互作用會造成能級的分裂,進而造成NMR譜圖中的信號峰形狀發生劈裂,信號峰的劈裂狀態可以得出分子內各原子和官能團之間的連接方式,以及臨近的磁性核數目。二維譜在解析分子結構方面可比一維譜提供更多的信息,特別是用一維譜解析復雜分子結構遇到困難的時候,二維譜可以提供幫助。首次二維譜實驗方法由比利時布魯塞爾自由大學(Université Libre de Bruxelles)教授讓?吉納(Jean Jeener)于1971年提出。
            液體核磁樣品如果放在某些特定的物理環境下,是無法進行研究的,而其他原子級別的光譜技術對此也無能為力。但在固體中,如晶體、微晶粉末、膠質等,偶極耦合和化學位移的磁各向異性將在核自旋系統占據主導,在這種情況下如果使用傳統的液態核磁技術,譜圖上的峰將大大增寬,不利于研究。目前已經有一系列的高分辨率固體核磁技術被研發出來。
            處理核自旋和電子自旋需選用特定的波譜方法,有核磁共振、核四極矩共振和電子自旋共振。這種特殊性選擇是由于它們具有共性,且廣泛應用于化學領域。所有電子和某些原子核具有一個特性,稱為“自旋”,磁共振頻譜分析儀能夠檢測到它們所產生的頻譜。磁共振是為數不多的,可用于獲取原子級別的分子結構和動態信息技術之一。磁共振波譜學可提供非常具體的信息,其他波譜學技術通常只能給出分子級別的信息。磁共振波譜學理論上對電子自旋共振(ESR)和核磁共振(NMR)均適用,但所涉及磁相互作用的符號和大小存在差異,主要不同之處在于磁矩的大小和用于激勵共振的輻射頻率。利用ESR和NMR現象之間的差異,有針對性地設計了許多實驗研究。例如,電子自旋通常會引起NMR頻譜譜線展寬,同時,核自旋會導致ESR頻譜分裂,這些相互作用提供了分子結構信息。因NMR通常不能用于順磁性物質,所以ESR對NMR是一種有用的補充,兩者均取決于與自旋粒子(電子或原子核)相關的磁矩。由磁場引起的能級分裂通常稱為“塞曼效應”,這是由荷蘭物理學家塞曼發現的,因此而得名。依據該理論,ESR是研究電子塞曼能級之間的躍遷,而NMR是研究原子核塞曼能級之間的躍遷。ESR和NMR波譜學中一個有趣的方面在于通過施加不同的磁場可將不同的自旋能級分離開。而在波譜學的其它分支中,對特定系統而言,其能級是不變的,磁共振波譜學的一個特性是需要施加靜態磁場。
            針對不同的檢測系統類型,三種方法均存在一定的局限性。ESR受含有未配對電子樣品的限制,這些樣品主要是 和 區元素的化合物和自由基。NMR和NQR技術需要特定同位素原子核,此類原子核具有合適的自旋和其它一些特性。NQR只能用于固態樣品,而NMR更適用于液體,對固態而言相對困難,某些系統只能在低溫下進行研究。目前,可輕易地利用每種技術對各種各樣的材料進行研究,通常情況下,可采用多種互補技術獲得更多的信息。
            總之,磁共振波譜學(ESR,NMR和NQR)的定性理論及其應用涉及高度交叉跨學科的研究方向,需要多學科的協作研究才能取得突破。
    內容介紹
            本書內容涉及由電磁輻射的磁場分量與核和電子自旋相互作用產生的波譜,書中章節先后討論了電子自旋共振、核磁共振和核四極共振波譜的基本原理。本書旨在利用插圖介紹磁共振波譜學。本書作為磁共振波譜學入門導論,主要針對碩士生以及研究化學、生物化學、藥學和物理學的科研工作者,也可作為自學參考資料,本書易于閱讀和理解。
            本書第一部分介紹了ESR波譜學,隨后第二部分和第三部分分別討論了NMR和NQR波譜學。它是一本相對非數學公式化的書,可解決與有機和無機分子結構和行為有關的問題,并在某些章節給出了重要效應的理論基礎。
    原著作者簡介
            原書作者D.N. Sathyanarayana教授曾在印度科學研究所無機與物理化學系工作,他在無機化學和有機磁共振波譜學方面享有盛名。他以簡單易懂的圖表代替了復雜的數學公式,重點突出,條理清晰并輔以應用實例,漸進式地展開論述。他還著有其他兩本暢銷書:《振動波譜學理論與應用》和《電子吸收波譜學及其相關技術》。
    主譯者簡介
            朱凱然,工學博士。西安石油大學電子工程學院測控技術與儀器專業教師,美國萊斯大學化學工程與生物學院George JHirasaki教授研究團隊的訪問學者,卡爾加里大學卡明醫學院臨床神經科學系研究助理。主要研究方向:核四極矩共振檢測技術、低場核磁共振非常規油氣儲層巖心特性分析,激光超聲波可視化檢測技術以及原位CT檢測技術,在弱信號處理、核磁共振弛豫譜反演,原位CT重構和人工智能在醫學成像領域的應用等方面取得一系列研究成果。

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