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        新书推荐‖《核磁共振导论(第二版)》出版

        浏览次数: 947 日期:2020年12月28日

                哈佛大学的珀塞尔小组和斯坦福大学的布洛赫小组在20世纪40年代末和50年代初独立开发了核磁共振波谱法。过去30年见证了核磁共振波谱技术发展成为相关研究领域最强大的分析工具之一。人们可以从核磁共振波谱上获取很多信息,正如同红外光谱一样,核磁共振波谱也可以提供分子中化学官能团的数目和种类,但除此之外,它还可以提供许多红外光谱无法提供的信息。核磁共振波谱对自然科学研究有着深远的影响,人们不仅可以借助它来研究反应机理,还可以用来研究蛋白质和核酸的结构与功能。供研究的核磁样品可为液体或固体。
                在一维谱图上,除峰信号数量、峰信号强度之外,还有一个有助于解析分子结构的信息,即磁性原子核之间的J-耦合。这种耦合来源于临近磁性原子核的不同自旋状态数的相互作用,这种相互作用会造成能级的分裂,进而造成NMR谱图中的信号峰形状发生劈裂,信号峰的劈裂状态可以得出分子内各原子和官能团之间的连接方式,以及临近的磁性核数目。二维谱在解析分子结构方面可比一维谱提供更多的信息,特别是用一维谱解析复杂分子结构遇到困难的时候,二维谱可以提供帮助。首次二维谱实验方法由比利时布鲁塞尔自由大学(Université Libre de Bruxelles)教授让?吉纳(Jean Jeener)于1971年提出。
                液体核磁样品如果放在某些特定的物理环境下,是无法进行研究的,而其他原子级别的光谱技术对此也无能为力。但在固体中,如晶体、微晶粉末、胶质等,偶极耦合和化学位移的磁各向异性将在核自旋系统占据主导,在这种情况下如果使用传统的液态核磁技术,谱图上的峰将大大增宽,不利于研究。目前已经有一系列的高分辨率固体核磁技术被研发出来。
                处理核自旋和电子自旋需选用特定的波谱方法,有核磁共振、核四极矩共振和电子自旋共振。这种特殊性选择是由于它们具有共性,且广泛应用于化学领域。所有电子和某些原子核具有一个特性,称为“自旋”,磁共振频谱分析仪能够检测到它们所产生的频谱。磁共振是为数不多的,可用于获取原子级别的分子结构和动态信息技术之一。磁共振波谱学可提供非常具体的信息,其他波谱学技术通常只能给出分子级别的信息。磁共振波谱学理论上对电子自旋共振(ESR)和核磁共振(NMR)均适用,但所涉及磁相互作用的符号和大小存在差异,主要不同之处在于磁矩的大小和用于激励共振的辐射频率。利用ESR和NMR现象之间的差异,有针对性地设计了许多实验研究。例如,电子自旋通常会引起NMR频谱谱线展宽,同时,核自旋会导致ESR频谱分裂,这些相互作用提供了分子结构信息。因NMR通常不能用于顺磁性物质,所以ESR对NMR是一种有用的补充,两者均取决于与自旋粒子(电子或原子核)相关的磁矩。由磁场引起的能级分裂通常称为“塞曼效应”,这是由荷兰物理学家塞曼发现的,因此而得名。依据该理论,ESR是研究电子塞曼能级之间的跃迁,而NMR是研究原子核塞曼能级之间的跃迁。ESR和NMR波谱学中一个有趣的方面在于通过施加不同的磁场可将不同的自旋能级分离开。而在波谱学的其它分支中,对特定系统而言,其能级是不变的,磁共振波谱学的一个特性是需要施加静态磁场。
                针对不同的检测系统类型,三种方法均存在一定的局限性。ESR受含有未配对电子样品的限制,这些样品主要是 和 区元素的化合物和自由基。NMR和NQR技术需要特定同位素原子核,此类原子核具有合适的自旋和其它一些特性。NQR只能用于固态样品,而NMR更适用于液体,对固态而言相对困难,某些系统只能在低温下进行研究。目前,可轻易地利用每种技术对各种各样的材料进行研究,通常情况下,可采用多种互补技术获得更多的信息。
                总之,磁共振波谱学(ESR,NMR和NQR)的定性理论及其应用涉及高度交叉跨学科的研究方向,需要多学科的协作研究才能取得突破。
        内容介绍
                本书内容涉及由电磁辐射的磁场分量与核和电子自旋相互作用产生的波谱,书中章节先后讨论了电子自旋共振、核磁共振和核四极共振波谱的基本原理。本书旨在利用插图介绍磁共振波谱学。本书作为磁共振波谱学入门导论,主要针对硕士生以及研究化学、生物化学、药学和物理学的科研工作者,也可作为自学参考资料,本书易于阅读和理解。
                本书第一部分介绍了ESR波谱学,随后第二部分和第三部分分别讨论了NMR和NQR波谱学。它是一本相对非数学公式化的书,可解决与有机和无机分子结构和行为有关的问题,并在某些章节给出了重要效应的理论基础。
        原著作者简介
                原书作者D.N. Sathyanarayana教授曾在印度科学研究所无机与物理化学系工作,他在无机化学和有机磁共振波谱学方面享有盛名。他以简单易懂的图表代替了复杂的数学公式,重点突出,条理清晰并辅以应用实例,渐进式地展开论述。他还著有其他两本畅销书:《振动波谱学理论与应用》和《电子吸收波谱学及其相关技术》。
        主译者简介
                朱凯然,工学博士。西安石油大学电子工程学院测控技术与仪器专业教师,美国莱斯大学化学工程与生物学院George JHirasaki教授研究团队的访问学者,卡尔加里大学卡明医学院临床神经科学系研究助理。主要研究方向:核四极矩共振检测技术、低场核磁共振非常规油气储层岩心特性分析,激光超声波可视化检测技术以及原位CT检测技术,在弱信号处理、核磁共振弛豫谱反演,原位CT重构和人工智能在医学成像领域的应用等方面取得一系列研究成果。

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