1、生物大分子波谱学原理生物大分子波谱学原理吴吴吴吴 季季季季 辉辉辉辉*中国科学技术大学生命科学学院结构生物学开放试验室中国科学技术大学生命科学学院结构生物学开放试验室1/62第二章第二章 核磁共振理论描述核磁共振理论描述量子力学基础 密度算符 脉冲及其算符描述 核磁信号计算 多自旋体系描述 相干 乘积算符 生物大分子波谱学原理吴季辉2/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉3/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉在多数核磁试验中，可采取弱偶合假定，此时用乘积算符能更方便地描述核磁体系动力学过程 强偶合条件下用乘积算符不方便I核自旋用乘积算符也不方便4/62乘积算符乘积算符 生物大分子波谱学原
2、理吴季辉算符空间 算符空间基算符 积算符空间中演化公式 单量子相干和可观察算符 多量子相干 相干转移和多量子相干产生 密度算符计算实例 5/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉6/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉7/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉8/62乘积算符乘积算符 生物大分子波谱学原理吴季辉算符空间 算符空间基算符 积算符空间中演化公式 单量子相干和可观察算符 多量子相干 相干转移和多量子相干产生 密度算符计算实例 9/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉10/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉11/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉12/62乘积算符乘积算符
3、生物大分子波谱学原理吴季辉算符空间 算符空间基算符 积算符空间中演化公式 单量子相干和可观察算符 多量子相干 相干转移和多量子相干产生 密度算符计算实例 13/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉14/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉15/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉16/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉17/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉18/62自由进动自由进动 生物大分子波谱学原理吴季辉19/62生物大分子波谱学原理吴季辉自由进动自由进动 20/62生物大分子波谱学原理吴季辉自由进动自由进动 21/62生物大分子波谱学原理吴季辉脉冲脉冲 22/62乘积算符
4、生物大分子波谱学原理吴季辉23/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉24/62乘积算符生物大分子波谱学原理吴季辉25/62密度算符计算实例自旋回波 生物大分子波谱学原理吴季辉自旋回波实际上是180度脉冲，前后有一样延迟时间，这里分3种情况讨论：a 单核体系b 同核二核体系c 异核二核体系 26/62密度算符计算实例自旋回波 生物大分子波谱学原理吴季辉27/62密度算符计算实例自旋回波 生物大分子波谱学原理吴季辉对于化学位移贡献，Delay与对应核180脉冲交换时要变号t1t2t1-t228/62密度算符计算实例自旋回波 生物大分子波谱学原理吴季辉29/62密度算符计算实例自旋回波 生物大分子
5、波谱学原理吴季辉t1t2t3t1-t2t3对于J耦合贡献，Delay与每个核180脉冲交换时要变号30/62密度算符计算实例INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉31/62密度算符计算实例INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉32/62生物大分子波谱学原理吴季辉相位循环33/62生物大分子波谱学原理吴季辉梯度场脉冲(gradient pulse)在此起匀场破坏脉冲(homospoil pulse，HSP)作用，使得全部横向磁化分量消除此处H2与C没有J耦合梯度场脉冲区分开H1与H234/62密度算符计算实例INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉35/62乘积算符乘积算符
6、 生物大分子波谱学原理吴季辉算符空间 算符空间基算符 积算符空间中演化公式 单量子相干和可观察算符 多量子相干 相干转移和多量子相干产生 密度算符计算实例 36/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉这里可观察算符指密度算符中对可观察核磁信号有贡献成份，它与单量子相干项相关37/62生物大分子波谱学原理吴季辉单量子相干和可观察算符矩阵C=ABCij=AikBkj，对迹有贡献项i=j即Cii=AikBki，若B中只有Bmn非零，则A中对迹有贡献只有Anm38/62生物大分子波谱学原理吴季辉单量子相干和可观察算符39/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉40/62单量
7、子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉41/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉42/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉43/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉44/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉45/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉Ix2IxSz形成单线但Ix 2IySz不形成单线，因为二者相位不一样46/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉47/62单量子相干和可观察算符生物大分子波谱学原理吴季辉48/62乘积算符乘积算符 生物大分子波谱学原理吴季辉算符空间 算符空间基算符
8、积算符空间中演化公式 单量子相干和可观察算符 多量子相干 相干转移和多量子相干产生 密度算符计算实例 49/62多量子相干生物大分子波谱学原理吴季辉50/62多量子相干生物大分子波谱学原理吴季辉51/62多量子相干生物大分子波谱学原理吴季辉52/62多量子相干生物大分子波谱学原理吴季辉53/62多量子相干生物大分子波谱学原理吴季辉54/62乘积算符乘积算符 生物大分子波谱学原理吴季辉算符空间 算符空间基算符 积算符空间中演化公式 单量子相干和可观察算符 多量子相干 相干转移和多量子相干产生 密度算符计算实例 55/62相干转移和多量子相干产生生物大分子波谱学原理吴季辉56/62乘积算符乘积算符
9、 生物大分子波谱学原理吴季辉算符空间 算符空间基算符 积算符空间中演化公式 单量子相干和可观察算符 多量子相干 相干转移和多量子相干产生 密度算符计算实例 57/62密度算符计算实例重聚INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉单独使用INEPT序列有个缺点：检测期S信号为反相信号，反相信号能被观察到前提是，IS间J偶合在检测期必须存在，所以不能进行I核去偶为此能够在INEPT序列后插入一个延迟，让S反相磁化转化为同相磁化，因为样品中不一样S核化学位移能够不一样，在此延迟中进动频率也不一样，造成相位改变不一样，故中间插入180度形成另一个回波序列。58/62密度算符计算实例重聚INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉59/62密度算符计算实例重聚INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉60/62密度算符计算实例重聚INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉61/62密度算符计算实例重聚INEPT脉冲序列 生物大分子波谱学原理吴季辉结论：重聚INEPT脉冲序列对CH，CH2，CH3有判别作用，可用于进行谱编辑 62/62
