核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，簡稱NMR）是一種基于原子核特性的物理現(xiàn)象。它利用材料中原子核的自旋和磁場之間的相互作用來獲取有關(guān)樣品結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的信息。
超低溫探頭是在核磁實(shí)驗(yàn)中使用的一種裝置，用于測量非常低溫條件下樣品的核磁信號。
具有超低溫探頭的核磁
工作原理：
超低溫探頭通常包括一個(gè)懸掛在液氦中的探頭，在其內(nèi)部通過流動液氦來降低溫度。此舉旨在減少熱噪聲，提高核磁共振信號的靈敏度。
應(yīng)用范圍：
超低溫探頭廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等，用于研究各種樣品，包括分子、晶體、蛋白質(zhì)和藥物等。由于低溫條件可以提供更好的分辨率和更高的信噪比，超低溫探頭在核磁共振譜學(xué)研究中起到關(guān)鍵作用。
性能優(yōu)勢：
超低溫探頭提供了更低的工作溫度，以獲得更清晰、更準(zhǔn)確的核磁共振信號。低溫條件下，樣品中原子核自旋的熱擾動減少，信號強(qiáng)度增加，并且相關(guān)譜線的分辨率也有所提高。
案例1：改性有機(jī)硅（氫譜測試）
① 普通400M核磁
② 600M核磁
③ 超低溫探頭的核磁
測試條件：30mg樣品，加入0.5mL氘代氯仿，掃描次數(shù)：256次
普通400M核磁譜圖
600M核磁譜圖
超低溫探頭核磁譜圖
對比三張核磁譜圖：有超低溫探頭的核磁設(shè)備，明顯可以更多微量官能團(tuán)信號以及改性基團(tuán)的信息，充分體現(xiàn)了超低溫探頭靈敏度更高的優(yōu)勢。
低溫下，樣品中的原子和分子的動力學(xué)效應(yīng)減弱，導(dǎo)致核磁共振譜線變窄。這使得能夠檢測到更寬廣的共振頻率范圍，包括高頻區(qū)域。因此，超低溫探頭允許對種類更多的化合物進(jìn)行研究，增加了樣品的適用性。
硅譜測試，也就是通過光譜分析技術(shù)來測定硅的含量和一種常見的化學(xué)分析方法，技術(shù)配置的設(shè)備可能會存在以下問題：
1、樣品制備：硅譜測試的樣品制備是一個(gè)步需要確保樣品的純度和均勻性樣品中含有雜質(zhì)分布不均，可能會影響測試性。
2、環(huán)境因素：如溫度、濕度、光照等，也可能影響硅譜測試的結(jié)果，硅的化學(xué)性質(zhì)：硅的化學(xué)性質(zhì)也會影響測試結(jié)果。例如，硅在高溫下會與氧氣反應(yīng)生成硅二氧化，影響硅的結(jié)果。
3、例如29Si的天然豐度比較低，而且弛豫時(shí)間長，并且與氫原子核具有負(fù)NOE效應(yīng)，所以如果不設(shè)置合適的脈沖等待時(shí)間，不僅定量不準(zhǔn)確，甚至?xí)?dǎo)致無法檢測出信號峰。因此為了定量要求，有可能會設(shè)置10~數(shù)百秒的等待時(shí)間，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測試時(shí)間會很長。為了提高累加效率，經(jīng)?？紤]加入弛豫試劑，一般為具有順磁性的物質(zhì)，縮短弛豫時(shí)間，較少等待時(shí)間，從而減少采樣時(shí)間。
由于Si29也存在玻璃里面,所以普通的硅酸鹽核磁管或者石英核磁管都會有背景信號，并且常規(guī)核磁探頭內(nèi)部也會有玻璃中心管。如果要避免背景Si29信號，需要換成三氧化二鋁核磁管，并且探頭中心管也需要用三氧化二鋁。但是使用藍(lán)寶石的成本太貴了，藍(lán)寶石核磁管一根就需要1萬元以上。另外一種方法就是使用偏移的特氟龍核磁管，并且取消探頭內(nèi)部的玻璃管，但是有風(fēng)險(xiǎn)會損壞探頭。當(dāng)然也可以通過采集一張空白譜圖，然后減掉這個(gè)背景，但是對于出鋒在-110ppm左右的信號來說，這樣子做會有一些問題。
案例2.改性有機(jī)硅（硅譜測試）
① 普通400M核磁測試的硅譜--基本無信號（測試條件：10mg乙酰丙酮鈷，50mg樣品，加入0.5mL氘代氯仿，掃描次數(shù)：256次）
② 超低溫探頭的核磁測試的硅譜（測試條件：10mg乙酰丙酮鈷，50mg樣品，加入0.5mL氘代氯仿，掃描次數(shù)：256次）
29SiNMR 400M核磁譜圖
29Si NMR 超低溫探頭核磁譜圖
通過對比可以發(fā)現(xiàn)，在相同的測試條件下，普通的400M核磁，基本未測試出硅譜信號，而具有超低溫探頭的核磁設(shè)備，明顯有硅類物質(zhì)的信號響應(yīng)。
細(xì)節(jié)如下：石英核磁管的化學(xué)位移 -110ppm
-59.33ppm 是Si-（O-CH3）3中硅原子的化學(xué)位移；
-22.16ppm 是-Si-O-（Me）2中硅原子的化學(xué)位移。
超低溫探頭的核磁不僅可以提到靈敏度、增加共振頻率范圍，還以可以提供更長的T2時(shí)間，冷卻樣品可以延長其自旋退相時(shí)間（T2），即自旋相干態(tài)的壽命。這意味著可以獲得更長的共振信號，增加信號到噪聲比，并提高實(shí)驗(yàn)的時(shí)間分辨率；增強(qiáng)樣品穩(wěn)定性，超低溫探頭可以提供更穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對于高靈敏度和長期穩(wěn)定性的研究非常重要。低溫減少了樣品與外界環(huán)境之間的相互作用，并降低了與鄰近數(shù)量很少的核自旋（如13C和15N）的雜質(zhì)相互作用。
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