技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核磁共振分析領(lǐng)域，具體涉及一種核磁共振譜采樣截?cái)鄠畏宓囊种品椒ǎ糜趯?duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的核磁共振分析。

背景技術(shù)

一、核磁共振技術(shù)簡(jiǎn)介

核自旋量子數(shù)不為零的原子核在磁場(chǎng)中會(huì)產(chǎn)生磁矩，當(dāng)這些磁矩的方向與靜磁場(chǎng)夾角不為零時(shí)，就會(huì)繞靜磁場(chǎng)的方向產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)就是利用射頻脈沖使靜磁場(chǎng)中的樣品的磁化矢量與靜磁場(chǎng)的方向偏離，并產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)；磁化矢量進(jìn)動(dòng)時(shí)，其磁力線會(huì)切割樣品旁的檢測(cè)線圈，通過(guò)電磁感應(yīng)在線圈中產(chǎn)生電平振蕩，對(duì)電平振蕩進(jìn)行采樣得到時(shí)域信號(hào)。對(duì)此時(shí)域信號(hào)作傅里葉變換，即可得到一維NMR譜圖。圖1為單脈沖一維實(shí)驗(yàn)的脈沖序列圖。

然而，當(dāng)樣品組分復(fù)雜、或者分子量較大時(shí)，一維NMR譜圖中有嚴(yán)重的譜峰重疊，這將嚴(yán)重地影響對(duì)譜峰的歸屬和定量，如圖2為蛋白質(zhì)ubiquitin的一維氫譜。

為了解決一維譜中嚴(yán)重的譜峰重疊問(wèn)題，出現(xiàn)了多維譜技術(shù)，如圖3所示。以COSY實(shí)驗(yàn)的脈沖序列為例(圖4)，此脈沖序列中有兩個(gè)演化時(shí)間，t₁和t₂，分別稱為間接維和直接維演化時(shí)間。對(duì)于直接維演化時(shí)間t₂，其實(shí)就是樣品的磁化矢量在檢測(cè)線圈中進(jìn)動(dòng)的時(shí)間，因此，只有在直接維演化時(shí)間t₂內(nèi)，探頭才可以對(duì)樣品進(jìn)行直接采樣，這也是直接維的由來(lái)。若第一次檢測(cè)時(shí)，t₁取值τ₀，并采得信號(hào)s(τ₀，t₂)；在第二次采樣中，將t₁設(shè)定為τ₀+Δt₁，并采得信號(hào)s(τ₀+Δt₁，t₂)；在第n次采樣中，將t₁設(shè)定為τ₀+nΔt₁，并采得信號(hào)s(τ₀+nΔt₁，t₂)，以此類推。因此，如果需要在間接維上采集n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，需要將實(shí)驗(yàn)重復(fù)n次(在實(shí)際中，由于其它因素的存在，通常需要重復(fù)次數(shù)是n的倍數(shù))。

圖3為蛋白質(zhì)Ubiquitin的COSY譜圖中的部分示意圖。由于譜峰分布由一維擴(kuò)展到二維，譜峰重疊現(xiàn)象得以解決，對(duì)譜峰的歸屬才得以實(shí)現(xiàn)。

圖4為COSY實(shí)驗(yàn)的脈沖序列。其中，t1和t2分別為間接維和直接維的演化時(shí)間。

一維NMR實(shí)驗(yàn)采得的時(shí)域數(shù)據(jù)是一個(gè)數(shù)列，數(shù)列中的每個(gè)元素是不同時(shí)間的探頭檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度，因此，對(duì)一維實(shí)驗(yàn)作數(shù)據(jù)處理，僅需要對(duì)此數(shù)列作一次傅里葉變換即可得到頻域譜圖。而二維NMR實(shí)驗(yàn)采得的數(shù)據(jù)是一個(gè)二維數(shù)組(矩陣)，對(duì)其的處理步驟通常是先對(duì)矩陣中的每行(直接維)分別作傅里葉變換，然后再對(duì)矩陣中的每列(間接維)作傅里葉變換，才能得到二維NMR譜圖。對(duì)于三維實(shí)驗(yàn)可以依次類推：其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是個(gè)三維數(shù)組，需要沿三個(gè)維度各作一次傅里葉變換，共計(jì)三次傅里葉變換。

二、核磁共振譜圖中的采樣截?cái)鄠畏?/p>

在核磁共振譜圖中，常常會(huì)出現(xiàn)采樣截?cái)鄠畏濉Ｆ洚a(chǎn)生的原因是：當(dāng)采樣結(jié)束時(shí)，信號(hào)還沒衰減完畢，因此采樣信號(hào)就相當(dāng)于實(shí)際全部信號(hào)與一個(gè)矩形函數(shù)的乘積。當(dāng)將采樣信號(hào)傅立葉變換后，時(shí)域的矩形函數(shù)就會(huì)給信號(hào)峰帶來(lái)一個(gè)振蕩的卷積，使得譜圖中出現(xiàn)振蕩狀的偽峰。

圖5為采樣截?cái)鄠畏宓挠蓙?lái)示意圖。當(dāng)時(shí)域信號(hào)衰減完畢時(shí)結(jié)束采樣(A)，則譜圖正常(B)；當(dāng)時(shí)域信號(hào)還未衰減完畢就結(jié)束采樣(即采樣截?cái)啵珻)，則會(huì)在譜圖中引入振蕩狀的偽峰(D)。

一般而言，采樣截?cái)鄠畏遢^多出現(xiàn)在多維譜的間接維，主要原因是為了節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，間接維的采樣點(diǎn)通常被限制在較少數(shù)目，使得間接維采樣時(shí)間不夠，從而導(dǎo)致采樣截?cái)唷?/p>

三、目前對(duì)核磁共振譜圖中采樣截?cái)鄠畏宓某Ｒ?guī)處理方法

目前，核磁共振波譜學(xué)中一般利用窗函數(shù)來(lái)抑制采樣截?cái)鄠畏濉＜热徊蓸咏財(cái)鄠畏逶从跁r(shí)域信號(hào)未衰減完畢，那么將一個(gè)衰減函數(shù)與采樣信號(hào)相乘，強(qiáng)行使采樣信號(hào)衰減完畢，那么自然就消除了采樣截?cái)鄠畏濉５牵昂瘮?shù)方法也存在缺點(diǎn)，就是會(huì)導(dǎo)致譜峰增寬，降低譜圖分辨率。如附圖6所示，窗函數(shù)消除了偽峰，但展寬了信號(hào)峰，使得靠近的信號(hào)峰重疊在一起(圖6C)，不利于識(shí)別。用于消除截?cái)鄠畏宓某Ｒ姶昂瘮?shù)，包括指數(shù)函數(shù)和余弦函數(shù)等。