CN105092629A - 一种测量氢-氢j耦合常数的磁共振二维谱方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法，本发明的方法通过在90度激发脉冲后的一个固定时刻进行采样，且使用一个选择性激发需要分析的氢核的180度软脉冲随间接维演化时间的增加在激发脉冲和采样点之间进行移动，形成与需要分析的氢核相关的J耦合在二维谱间接维的演化，从而解析需要分析的氢核的耦合网络，并测量与其相关的所有J耦合常数，效果良好，且可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于磁共振技术领域，具体涉及一种测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法。
背景技术
自旋核和自旋核之间的相互作用是磁共振谱图中一个主要的信息，其在分子结构分析中具有重要的作用。其中，氢-氢间的三键J耦合，因为其耦合常数是由三键所形成的二面角确定的，所以被广泛用于分子构象的研究。然而，氢-氢之间耦合常数却常常因为狭窄的化学位移分布、复杂的裂峰模式以及较大的谱峰线宽而淹没在磁共振一维氢谱当中。法国的NicolasGiraud提出一种空间编码的方法(GiraudN,BéguinL,CourtieuJ,andMerletD.Nuclearmagneticresonanceusingaspatialfrequencyencoding:applicationtoJ-editedspectroscopyalongthesample,2010,122:3559-3562)可用于解析特定感兴趣氢原子的J耦合网络，并测量与该氢原子相关的所有J耦合常数，从而极大的方便了氢-氢J耦合常数的测量。这种方法存在一个缺点就是灵敏度低。其所使用空间编码技术只能利用到样品的部分信号(通常为样品完整信号的几十分之一)，在进行低浓度样品实验时就需要长时间的信号累加才能得到满意的谱图效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法，包括如下步骤：
(1)采集待测样品的磁共振一维氢谱；
(2)测量样品的90度硬脉冲宽度；
(3)确定需要分析的氢核；
(4)将所述需要分析的氢核的共振频率作为180度软脉冲的中心频率，设置180度软脉冲的作用时间，使180度软脉冲不会激发到所述需要分析的氢核以外的信号，并测量180度软脉冲的功率；
(5)使用步骤(2)测得的90度硬脉冲作为脉冲序列的激发脉冲；
(6)将采样点设置在上述激发脉冲后的一个固定时间Δ，该固定时间Δ必须设置在信号的有效横向弛豫时间内，在保证信号强度的前提下，Δ的值尽可能大，以提高谱图间接维的数字分辨率ν1，ν1＝1/t1max≥1/(2*Δ)，其中，ν1为谱图间接维的数字分辨率，t1max为间接维演化时间t1的最大值；
(7)设置二维谱两维的采样谱宽和采样点数：直接(F2)维的谱宽要覆盖待测样品所有的共振峰，采样点数应保证采集到的信号衰减完全；间接(F1)维的谱宽应大于待测样品中存在的最大的氢-氢J耦合常数，采样点数要保证t1max不超过Δ；
(8)进行二维实验，随间接维演化时间t1的变化，使用所测得的180度软脉冲，在激发脉冲和采样点之间进行移动，形成与需要分析的氢核相关的J耦合在t1的演化，并采集磁共振二维谱；
(9)分析实验结果，测量与所述需要分析的氢核相关的氢-氢J耦合常数。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(6)为：将采样点设置在上述激发脉冲后的一个固定时间Δ，并在该采样点之前施加一个与上述90度硬脉冲的功率相同的180度硬脉冲，用于重聚不均匀磁场对信号的散相作用。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(8)为：进行二维实验，随间接维演化时间t1的变化，使用所测得的180度软脉冲，在激发脉冲和采样点之间进行移动，，形成与需要分析的氢核相关的J耦合在t1的演化，同时在该180度软脉冲左右两边施加强度相同、方向相反的散相梯度对所述需要分析的氢核的本身的信号进行散相，并采集磁共振二维谱。
本发明的有益效果是：本发明的方法通过在90度激发脉冲后的一个固定时刻进行采样，且使用一个选择性激发需要分析的氢核的180度软脉冲随间接维演化时间的增加在激发脉冲和采样点之间进行移动，形成与需要分析的氢核相关的J耦合在二维谱间接维的演化，从而解析需要分析的氢核的耦合网络，并测量与其相关的所有J耦合常数，灵敏度高，效果良好，且可靠性高。
附图说明
图1为本发明实施例1中测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法的脉冲序列图；
图2为本发明实施例1中薄荷醇的磁共振一维氢谱和平面分子结构式；
图3为本发明实施例1中分析6H(氢的序号见图2标注)的耦合网络和测量与6H相关的J耦合常数的磁共振二维谱；
图4为本发明实施例1中分析4H的耦合网络和测量与4H相关的J耦合常数的磁共振二维谱；
图5中，(a)为图2中与4H存在耦合关系的氢核的信号沿F1维的投影及所测得的耦合常数；(b)为用所测的耦合常数模拟的一个线宽为1Hz的多重峰；(c)为从薄荷醇一维氢谱中截取的4H的多重峰；
图6中：(a)为本发明实施例1中6H的耦合网络在薄荷醇立体结构式中的分布；(b)为本发明实施例1中4H的耦合网络在薄荷醇立体结构式中的分布。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
本实施例使用配备三维梯度场的瓦里安Varian500MHz磁共振仪器，样品为40mmol/L薄荷醇溶于氘代二甲基亚砜的溶液，使用的是测量氢-氢J耦合常数磁共振二维谱方法的脉冲序列，如图1所示。
(1)采集待测样品的磁共振一维氢谱，如图2所示；
(2)测量样品的90度硬脉冲宽度，为11.25μs；
(3)确定需要分析的氢核，本实施例将进行两组实验，分别以6H和4H作为需要分析的氢核，测量与6H和4H相关的所有氢-氢J耦合常数。6H和4H在薄荷醇一维氢谱中的位置已在图2中用虚线框进行标示；
(4)将所述需要分析的氢核的共振频率作为180度软脉冲的中心频率，设置180度软脉冲的作用时间，使180度软脉冲不会激发到所述需要分析的氢核以外的信号，并测量180度软脉冲的功率，本实施例中：
对于分析6H的实验，将6H的共振频率作为180软脉冲的激发中心，脉冲宽度为21ms(对应激发带宽约为70Hz)，测得的180度软脉冲功率为6dB，
对于分析4H的实验，将4H的共振频率作为180软脉冲的激发中心，脉冲宽度为21ms(对应激发带宽约为70Hz)，测得的180度软脉冲功率为6dB，；
(5)使用步骤(2)测得的90度硬脉冲作为脉冲序列的激发脉冲；
(6)将采样点设置在上述激发脉冲后的一个固定时间Δ，并在该采样点之前施加一个与上述90度硬脉冲的功率相同的180度硬脉冲，用于重聚不均匀磁场对信号的散相作用，该固定时间Δ必须设置在信号的有效横向弛豫时间内，在保证信号强度的前提下，Δ的值尽可能大，以提高谱图间接维的数字分辨率ν1，ν1＝1/t1max≥1/(2*Δ)，其中，ν1为谱图间接维的数字分辨率，t1max为间接维演化时间t1的最大值，本实施例中：
对于分析6H的实验，为保证信号强度，Δ值取为600ms；
对于分析4H的实验，为保证信号强度，Δ值取为400ms；
(7)设置二维谱两维的采样谱宽和采样点数：直接(F2)维的谱宽要覆盖样品所有的共振峰，采样点数应保证采集到的信号衰减完全；间接(F1)维的谱宽应大于样品中存在的最大的氢-氢J耦合常数，采样点数要保证t1max不超过Δ，本实施例中：
对于分析6H二维实验，设置间接(F1)维谱宽＝50Hz，直接(F2)维谱宽＝2500Hz；间接(F1)维采样点数＝60，直接(F2)维采样点数＝2048；
对于分析4H二维实验，设置间接(F1)维谱宽＝50Hz，直接(F2)维谱宽＝2500Hz；间接(F1)维采样点数＝40，直接(F2)维采样点数＝2048；
(8)进行二维实验，随间接维演化时间t1的变化，使用所测得的180度软脉冲，在激发脉冲和采样点之间进行移动，形成与需要分析的氢核相关的J耦合在t1的演化，同时在该180度软脉冲左右两边施加强度相同、方向相反的散相梯度对所述需要分析的氢核的本身的信号进行散相，并采集磁共振二维谱，对于分析6H和4H的两个二维实验，使用的是各自所测得的180软脉冲；
(9)分析实验结果，测量与所述需要分析的氢核相关的氢-氢J耦合常数。
对于分析6H的实验，所需实验时间为6分钟，得到的实验结果如图3所示。有图3我们可以看出6H跟1H，5aH和5bH之间存在J耦合关系，测得的J耦合常数分别为10.0，4.3和10.6Hz。
对于分析4H的实验，所需实验时间为4分钟，得到的实验结果如图4所示。有图4我们可以看出4H跟3aH，3bH，5aH，5bH和8H之间存在J耦合关系，测得的J耦合常数分别为3.7，12.0，3.4，11.5和6.4Hz。这些J耦合常数从薄荷醇的一维氢谱中是很难或者无法测得的。
对于图4中跟4H存在J耦合关系的谱峰，它们的F1维投影及跟4H间的J耦合常数有在图5(a)中给出。根据测得所有与4H相关的J耦合常数，本实施例模拟了一个线宽为1Hz的多重谱峰(图5(b))。可以发现模拟出来的多重峰跟一维谱中4H的多重峰(图5(c))基本一致。这可以说明所提出的二维谱方法在J耦合常数的测量上具有很高的可靠性。
对于所测得的6H和4H的J耦合网络，可以在图6不同角度的薄荷醇立体结构图中进行表示。
综上所述，本发明提供的一种用于测量复杂有机分子氢-氢J中耦合常数的磁共振二维谱方法，实验时间为分钟级别，所测得的J耦合常数具有很高的可靠性，将会在化合物结构分析中得到广泛的应用。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (3)
1.一种测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)采集待测样品的磁共振一维氢谱；
(2)测量样品的90度硬脉冲宽度；
(3)确定需要分析的氢核；
(4)将所述需要分析的氢核的共振频率作为180度软脉冲的中心频率，设置180度软脉冲的作用时间，使180度软脉冲不会激发到所述需要分析的氢核以外的信号，并测量180度软脉冲的功率；
(5)使用步骤(2)测得的90度硬脉冲作为脉冲序列的激发脉冲；
(6)将采样点设置在上述激发脉冲后的一个固定时间Δ，该固定时间Δ必须设置在信号的有效横向弛豫时间内，在保证信号强度的前提下，Δ的值尽可能大，以提高谱图间接维的数字分辨率ν1，ν1＝1/t1max≥1/(2*Δ)，其中，ν1为谱图间接维的数字分辨率，t1max为间接维演化时间t1的最大值；
(7)设置二维谱两维的采样谱宽和采样点数：直接(F2)维的谱宽要覆盖待测样品所有的共振峰，采样点数应保证采集到的信号衰减完全；间接(F1)维的谱宽应大于待测样品中存在的最大的氢-氢J耦合常数，采样点数要保证t1max不超过Δ；
(8)进行二维实验，随间接维演化时间t1的变化，使用所测得的180度软脉冲，在激发脉冲和采样点之间进行移动，形成与需要分析的氢核相关的J耦合在t1的演化，并采集磁共振二维谱；
(9)分析实验结果，测量与所述需要分析的氢核相关的氢-氢J耦合常数。
2.如权利要求1所述的一种测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法，其特征在于：所述步骤(6)为：将采样点设置在上述激发脉冲后的一个固定时间Δ，并在该采样点之前施加一个与上述90度硬脉冲的功率相同的180度硬脉冲，用于重聚不均匀磁场对信号的散相作用。
3.如权利要求1所述的一种测量氢-氢J耦合常数的磁共振二维谱方法，其特征在于：所述步骤(8)为：进行二维实验，随间接维演化时间t1的变化，使用所测得的180度软脉冲，在激发脉冲和采样点之间进行移动，形成与需要分析的氢核相关的J耦合在t1的演化，同时在该180度软脉冲左右两边施加强度相同、方向相反的散相梯度对所述需要分析的氢核的本身的信号进行散相，并采集磁共振二维谱。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20170405 Termination date: 20210805 |