在微观世界与宏观科学的奇妙交汇处，有一项技术正默默改写着人类探索物质奥秘的进程，它就是核磁共振波谱学。

你或许对医院里的核磁共振成像有所耳闻，它能为医生提供人体内部的清晰影像，助力疾病诊断。但核磁共振波谱学的能力远不止于此。从化学领域剖析分子结构，到材料科学探究物质特性，再到生命科学解码生物分子的秘密，它就像一把神奇的钥匙，开启了一扇扇未知的大门。

这项技术利用原子核在磁场中的自旋行为，通过检测共振信号，精确解读原子的种类、数量及其相互连接方式。无论研究的是复杂的蛋白质，还是新能源材料，它都能抽丝剥茧，揭示其中的奥秘。接下来，就让我们一同深入探索核磁共振波谱学的神奇世界。

应用案例一

B12依赖SAM自由基酶实现碳氟甲基化:

基于氟的特殊性质，氟和含氟官能团在医药、农业等方面都有重要的作用。利用B12依赖的自由基SAM甲基转移酶（QCMT）与AclHMT生成的F-SAM，实现肽中谷氨酰胺Cα位的氟甲基化。中间体CH2FCbI被HR-MS、19F NMR和X射线晶体学证实。此外，其他B12-RSMTs（如CysS、GenD1）也能转移氟甲基至天然产物，且F-SAM并非必需，金属酶可直接使用CH2FI和SAM生成中间体实现氟甲基转移。利用核磁共振表征相关中间体及最终产物。

Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202419815. http://doi.org/10.1002/anie.202419815

应用案例二

沸石分子筛结构及吸附作用：

沸石分子筛中铝原子的取代位置会影响其催化活性、吸附物的几何形状以及形状和尺寸的选择性。准确地确定铝原子的位置一直是一个挑战。在研究铝原子位置时，固体核磁共振方法发挥了重要作用。通过分析铝物种的局部化学环境来提供有关铝原子位置信息。通过¹H、²⁹Si、²⁷Al以及¹⁵NH₃探针分子的固体核磁共振谱，推测了铝对邻近位点的复杂相互作用。这些研究表明，铝原子之间存在相互作用，影响分子吸附和催化反应的机制。

应用案例三

聚合物冰抑制剂：

冰晶的形成对许多领域（如工业过程、生物保存等）都构成了重大挑战，开发抗冻剂并阐述其抗冻机制已经引起了广泛的关注。为此，合成了一系列聚（L-蛋氨酸）衍生物， 并研究了聚合物结构与抑制冰再结晶（IRI）活性之间的关系，结果表明，两性离子PMetA显示出最高的IRI活性，在10 mg/mL时相对水的IRI活性为27.0%±3.9%。低场核磁共振和差示扫描量热法的结果表明，IRI活性与氢键断裂的活化能有关。PMetA在10.0 mg/mL时表现出可接受的细胞相容性和良好的冷冻保护效率。这一发现为揭示抗冻机制提供了重要见解，对开发高效冷冻保护剂具有重要参考价值。

                                             

Langmuir 2025, 41, 2, 1260–1270.

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c03558

 

核磁共振实验室配套设备：

800MHz液体核磁共振波谱仪

生厂商：Bruker（布鲁克）

型号：Avance NEO 800 MHz

基本系统参数：

磁场强度：18.8 Tesla

探头：当前为液氦超低温三共振探头，¹H灵敏度: ≥ 8600:1(0.1% EB) ；¹³C 灵敏度: ≥ 1550:1(ASTM)

可检测核： ¹H、¹³C、¹⁹F，可测试一维和各种二维相关谱

 

600MHz固体核磁共振波谱仪

生厂商：JEOL（日本电子）

型号：JNM ECZ600R

基本系统参数：

磁场强度：14 Tesla

探头：1mm双共振探头，3.2mm双共振探头，8mm双共振探头、5mm Z梯度扩散探头

可检测核： ¹H、¹⁹F、¹⁰⁹Ag~³¹P，可测试一维和各种二维相关谱

 

低场核磁共振分析仪

 

生厂商：苏州纽迈

型号：VTMR20-010V-I

基本系统参数：

磁场强度：0.5±0.03 Tesla

梯度方向：X\Y\Z三个方向独立
梯度强度：≥4Gauss/cm
变温范围：-100~200℃

探头：10mm氢探头、10mm氟探头及25mm成像探头

能力支持与选型建议：

800MHz液体核磁共振波谱仪支持¹H、¹³C、¹⁹F一维谱和各种二维相关谱的测试，超高的磁场强度能够有效提高检测灵敏度及谱图分辨率，同时配备了5mm液氦超低温三共振探头，通过液氦降低前放和探头线圈温度，有效提高了S/N信噪比。相比传统探头，超低温探头信噪比可提高六倍，适合测试低浓度样品，在天然产物、聚合物、生物大分子、蛋白质等有机化合物的结构解析方面具有巨大优势。

600MHz固体核磁共振波谱仪配置了多个魔角旋转双共振探头，可以进行多种原子核的一维、二维谱图测试，用于有机材料、无机材料、生物材料和药物等具有粉末、颗粒、团块、纤维等形态的固体样品的结构与性能研究，提供多维度的结构分析。

VTMR20-010V-I低场核磁共振分析仪是纽迈公司经典仪器，采用永磁体技术，无需屏蔽房和制冷剂，以弛豫分析为特征，集分析和成像于一体，同时配套在线变温系统，可实现固体、液体样品快速检测，充分反映材料宏观物性。可针对多孔材料、纳米材料、聚合物材料、磁性材料进行快速无损表征分析，广泛应用于食品农业、化学材料、生物医药、岩土建筑、石油能源等领域。

 

预约请登录：

http://yiqi.tju.edu.cn（天津大学大型仪器管理平台）

 

实验室地点：

天津大学北洋园校区58教E区一层（118/119/124室）