Understanding NMR Spectroscopy pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Keeler, James

出品人:

页数:476

译者:

出版时间:2005-12

价格:$ 73.45

装帧:Pap

isbn号码:9780470017876

丛书系列:

图书标签:

核磁共振
NMR
光谱学
化学
分析化学
结构解析
分子结构
有机化学
物理化学
科学研究

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具体描述

This text discusses the high-resolution NMR of liquid samples and concentrates exclusively on spin-half nuclei (mainly 1H and 13C). It is aimed at people who are familiar with the use of routine NMR for structure determination and who wish to deepen their understanding of just exactly how NMR experiments work. It demonstrates that in NMR it is possible, quite literally on the back of an envelope, to make exact predictions of the outcome of quite sophisticated experiments. The experiments chosen are likely to be encountered in the routine NMR of small to medium-sized molecules, but are also applicable to the study of large biomolecules, such as proteins and nucleic acids. The book starts off at a gentle pace, working through some more-or-less familiar ideas, and then elaborating these as the book progresses. Each chapter ends with exercises which are designed to assist in the understanding of the ideas presented and to grasp the underlying ideas.

深入解析核磁共振波谱学：原理、技术与前沿应用一本全面、深入、面向实践的核磁共振波谱学（NMR Spectroscopy）权威参考书。作者： [在此处填写真实作者姓名，以增强书籍的权威性和专业性] 出版社： [在此处填写真实出版社名称，以体现其出版质量和学术定位] --- 导言：开启结构解析的微观之门核磁共振波谱学（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，简称NMR）自其诞生以来，已发展成为现代化学、生物物理学、材料科学乃至医学成像领域不可或缺的核心分析技术。它提供了一种非破坏性、高灵敏度的方法，用以揭示分子在溶液或固态下的三维结构、动态行为、分子间相互作用以及反应机理。本书旨在为研究生、博士后研究人员、资深科研工作者以及希望深入理解和应用NMR技术的专业人士，提供一个从基础理论到尖端实验技术的完整知识框架。我们摒弃了对《Understanding NMR Spectroscopy》一书内容的任何引用或重复，专注于构建一个全新的、侧重于高阶应用、前沿方法论和复杂系统解析的参考体系。第一部分：NMR的量子力学基石与经典表述本部分将奠定读者理解复杂NMR实验所需的坚实理论基础，重点阐述从原子核的自旋特性到宏观磁矩响应的物理过程。第一章：自旋物理与拉莫尔进动深入探讨原子核的内在属性——核自旋量子数 ($I$) 和磁矩 ($mu$)。详细阐述在静磁场 ($B_0$) 中自旋能级的布居和分裂（塞曼效应）。关键内容包括：拉莫尔频率 ($omega_0$) 的精确推导、弛豫时间的概念（$T_1$纵向弛豫与$T_2$横向弛豫）的微观机制，以及它们如何影响信号的线宽和强度。同时，引入Bloch方程的经典描述，作为连接量子力学与宏观可观测信号的桥梁。第二章：傅里叶变换与信号处理基础 NMR信号的核心是时域信号（Free Induction Decay, FID）的采集。本章详细剖析傅里叶变换（FT）在NMR数据处理中的关键作用。内容涵盖：采样定理、数字分辨率与频谱宽度（Spectral Window）的选择、基线校正、线形平滑处理（如指数或高斯窗口函数）的物理意义，以及如何通过优化FT参数来最大化信噪比和频率精度。第三章：弛豫理论的深化弛豫是限制NMR分辨率和灵敏度的核心因素。本章深入探讨各向异性相互作用如何驱动弛豫过程，包括：化学位移各向异性（CSA）、偶极-偶极耦合（DD）、以及四极相互作用（Quadrupolar Interactions）。详细分析这些机制在溶液态（各向同性运动）和固态（各向异性运动受限）中的定量贡献，并介绍如何利用弛豫时间测定分子大小、形状和局部运动速率。 --- 第二部分：脉冲实验的精妙设计与多维技术本部分是本书的核心，聚焦于如何通过精心设计的射频（RF）脉冲序列来选择、操控和测量特定的核信息，实现复杂的结构解析。第四章：自旋回波与自旋回波序列系统介绍$pi/2 - au - pi/2$脉冲序列在消除磁场不均匀性影响方面的经典应用。深入分析Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG)序列在测量高精度$T_2$时间中的优势，以及解决“磁化强度倾斜”问题的技术方案。第五章：单、双量子相干性与COSY/TOCSY 详细解析相干性（Coherence）的数学表示和物理意义。重点讲解如何利用双量子相干（DQC）来区分同核耦合中的同名与异名连接。全面解析COSY (Correlation Spectroscopy) 和 TOCSY (Total Correlation Spectroscopy) 的脉冲方案、转移函数以及谱图解析策略，这是分析一维光谱中重叠信号的关键。第六章：异核相关谱的解析力——HSQC/HMBC 本章专注于连接不同类型的原子核（如$^{1} ext{H}$与$^{13} ext{C}, ^{15} ext{N}$）。深入讲解HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence) 如何提供原子对之间的直接连接信息，以及HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation) 如何通过长程耦合（通常为2-3个键）构建分子骨架。着重讨论如何优化脉冲延迟 ($J$-耦合常数调谐) 以获得最佳的HMBC信号。第七章：三维与四维NMR：解析复杂体系对于大型生物分子（如蛋白质和核酸），高维谱图是解密的唯一途径。详细介绍Triple Resonance实验（如HNCA, HN(CO)CA, $ ext{HNCACB}$）在“链追踪”（Resonance Assignment）中的应用流程。阐述如何通过增加维度（如$ ext{HN}( ext{CO}) ext{NH}$）来有效分散化学位移，从而解决高场谱中的信号重叠问题。 --- 第三部分：固态NMR与前沿应用技术现代NMR已不再局限于溶液态，固态NMR（ssNMR）已成为分析纳米材料、膜蛋白和非晶态固体的关键工具。第八章：固态NMR的挑战与解决方案固态NMR的主要挑战在于强大的各向异性相互作用（DD和CSA），这些作用在溶液中通过快速随机运动平均为零。本章详述如何利用魔角固体旋转 (MAS) 技术将这些各向异性转换为各向同性平均值。深入探讨交叉极化 (CP) 技术——特别是CP-MAS——如何将敏感度较低的核（如$^{13} ext{C}, ^{15} ext{N}$）信号增强，并用于结构信息的传递。第九章：高分辨率固态技术：退耦与再聚焦解析去耦技术 (Decoupling) 的重要性，特别是在固态高场强下的背景消除。详细介绍Recoupling 序列（如$ ext{PAR}$、$ ext{REPT}$序列）在固态NMR中的应用，它们的目的恰恰是重新引入或调控偶极耦合，以便测量固态结构中的空间距离（如$ ext{TEDOR}, ext{RFDR}$）。第十章：NMR在生物物理学和材料科学中的定量分析本章侧重于将NMR技术应用于实际复杂问题的解决方案： 1. 蛋白质构象与折叠：利用化学位移的微扰分析（Chemical Shift Perturbation, CSP）监测配体结合和构象变化。 2. 分子动力学：利用Rotor-Synchronized Experiments 研究固体材料中低频运动。 3. 膜蛋白和聚集体：结合ssNMR与选择性标记技术，解析膜界面相互作用和淀粉样蛋白纤维的原子分辨率结构。第十一章：高级脉冲序列——梯度场与非均匀采样介绍现代NMR硬件的强大能力——磁场梯度 (Gradient Fields) 的应用。详细阐述梯度在去卷积（Destreaming）、流体流动消除以及高维实验中的时间效率优化（如使用时间分割采集，TSI）中的作用。引入非均匀采样 (NUS) 理论，解释它如何大幅缩短高维谱图的采集时间，从而提高对不稳定样品的分析能力。 --- 结语：迈向智能NMR与未来方向本书最后将展望NMR技术的发展前沿，包括超高场NMR（$1.2 ext{GHz}$以上）带来的化学位移解析能力的突破、量子计算对NMR脉冲序列设计的启发，以及机器学习在自动化数据解析和结构模型验证中的潜力。本书的独特价值：本书侧重于从实验设计到数据解析的完整工程思维，强调对物理原理的深入理解，而非仅停留在谱图的简单“查阅”。通过大量的案例分析和脉冲序列图示，确保读者能够将理论知识无缝转化为解决实际科研难题的强大工具。它不是一本入门手册，而是一部旨在将研究人员推向NMR技术应用前沿的深度指南。