基于纯化学位移相敏J分解扩散排序核磁共振波谱方法及应用

作     者：郝孟有 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄玉清

授予年度：2021年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：核磁共振 扩散排序波谱 纯化学位移 不均匀磁场 高分辨检测 

摘      要：基于分子自扩散机制的核磁共振扩散排序谱(Diffusion Order Spectroscopy,DOSY)技术为复杂混合物体系研究提供了一种强有力检测工具。DOSY技术能在无需对样品进行理化分离的情况下,通过扩散系数的差异实现溶液混合物中各个组分在样品管中的“虚分离。常规DOSY技术在实际应用中常常受限于两个主要问题。首先是NMR拥挤谱图的干扰,这主要是由于氢核有限的谱图频率分布范围和复杂J偶合谱峰裂分引起的。纯化学位移DOSY技术通过消除化学位移维度上谱峰裂分能有效克服谱图拥挤,实现高分辨DOSY检测。但J偶合的消除,使得纯化学位移DOSY无法获得分子偶合网络直接相关的谱峰多重态裂分信息。高维DOSY技术能在保留J偶合信息的同时缓解谱峰拥挤的问题,但其绝对值显示模式往往降低谱图分辨率制约其在复杂混合物体系的应用。其次,常规DOSY技术还受限于磁场不均匀性的干扰,不均匀磁场导致化学位移维度谱峰展宽而无法获得正确扩散系数及相应扩散排序功能。本文综合上述纯化学位移DOSY和高维DOSY的技术特点,提出一种基于纯化学位移演化的高分辨三维相敏J分解DOSY谱方法,有效解决谱峰拥挤问题并保留J偶合结构信息。同时基于小体素信号激发,我们所提出J分解DOSY谱方法也可应用于不均匀磁场和非均相样品检测,为复杂溶液混合物高分辨解析分离提供一种全新的方式。本文主要内容如下:一、对于核磁共振技术历史发展的几个重要节点进行回顾,对纯化学位移波谱中几种主要技术,如双线性自旋、片层选择和小角度扫频脉冲等去偶方法,进行原理和技术上的分析,并探讨这些方法的灵敏度差异,应用范围等。对DOSY技术的基本原理和应用特性进行探讨,对于自旋回波DOSY方法和受激回波DOSY方法进行了简单的介绍,并讨论了两种克服涡流效应的DOSY方法。二、通过结合PSYCHE纯化学位移演化、Oneshot扩散排序编码及J回波链采样等技术,我们提出了一种三维相敏J分解DOSY谱方法,PS2DJ-DOSY。本章中,我们分析该方法所设计脉冲序列的基本原理,从理论上推导了其信号演化过程,并将其应用于复杂混合物体系验证该方法的可行性和适用性。该纯化学位移三维相敏J分解DOSY方法可有效实现复杂混合物成分分离,同时也可获得各个组分多重裂分结构分析所需的J偶合信息。三、本章中,我们探究(Zangger-Sterk)ZS去偶技术中通过小体素片选选层对于磁场不均匀的克服能力,分析ZS选层梯度对扩散排序演化的影响,最终提出了基于ZS去偶模块可适用于不均匀磁场环境下高分辨三维相敏J分解DOSY方法,ZS2DJ-DOSY。我们阐述了其技术特点并推导相应理论信号表达式,同时从实验上我们验证了该方法在均匀和不均匀磁场下复杂混合物体系应用检测的对比结果。这一方法为非理想磁场环境下复杂混合物高分辨DOSY检测分离提供了一种新的思路。