簡介
魔角旋轉核磁共振技術包括交叉極化魔角旋轉(CP-MAS)和高分辨魔角旋轉(HR-MAS)兩項新技術，主要用於固體的測定。迄今為止，進行核磁共振譜測定時，通常要將樣品先製成溶液然後再進行測定。這是由於固體分子不能自由運動，自旋之間的耦合較強，核磁共振譜解析度很差，13C核在外磁場中有各種取向，造成吸收峰很寬（各向異性寬峰），掩蓋了其他精細的譜線結構。
耦合能大小與核的相對位置在磁場中的取向有關，其因子是(3cos2β-1)。針對固體化學位移的各向異性以及自旋晶格馳豫時間很長的缺點，採用交叉極化魔角旋轉技術，通過使樣品在旋轉軸與磁場方向夾角為β=θ=54.44°（魔角）的方向高速旋轉以及交叉極化等方法，則3cosβ-1=0，從而達到了窄化譜線的目的。簡言之，魔角旋轉技術就是通過樣品的旋轉來達到減小分子相互作用的目的，將β與θ的差別平均掉，使上述不足之處得以順利解決。
這些新方法在活體樣品和生物組織的結構研究中具有獨特的優勢，同時也被廣泛套用於材料科學、礦物分析、表面吸附、聚合體陶瓷以及組合化學等研究領域。美國布魯克公司核磁套用部曾分別利用400兆赫和800兆赫場強的核磁共振儀對狗的血樣進行了比校分析。理論上後者測試結果的解析度應遠遠高於前者的，但由於在用400兆赫場強的儀器測試時運用了高分辨魔角旋轉技術，而在800兆赫場強的儀器測試中仍然使用常規技術，結果發現採用了高分辨魔角旋轉技術的實驗結果比高場強核磁共振儀的測試結果解析度更高。
該項研究表明高分辨核磁共振技術在流體樣品和生物組織結構研究中確實具有獨特的優勢。
套用
1 在地球生物學方面的套用
海藻是海洋中的一大類生物,海藻中含有多種成分,它在化學、食品和醫學科研領域有很多套用。海藻還能大量吸收海水中的氮、磷和二氧化碳,釋放大量氧氣,淨化海區環境,減緩赤潮的發生。Stormh等用HR-MAS NMR,研究了海洋中牟氏角毛藻的細胞漿。通過一維(1D)的1H、13 C NMR和二維(2D)的1H 1H COSY、1H 13C相關譜研究表明,細胞中含有多聚糖,其結構證明是β-D-(1→3)聯接葡聚糖、聚合度為19、支化度為0.005。
2 在生物醫學中的套用
蜂房哈夫尼菌PCM1200、PCM1203和PCM-1205的脂多糖,其免疫化學是類似的。Dag等用HRMAS NMR證明其在分子結構上也存在類似之處。三種蜂房哈夫尼菌的抗原不同,取決於它們O-鏈節多聚糖中不同的抗原決定基,可由O-乙醯基的數目和它所處的位置來解釋。膽固醇幾乎在人體的所有器官中都有分布,對身體健康有重要影響。Soubias等用膽固醇樣品由氘代磷脂(DMPC-D54)稀釋成30%濃度進行測試。發現它能檢測天然豐度膽固醇在膜環境中的所有交叉峰。
3 在固相有機合成中的套用
固相有機合成產物可以直接用HR MAS NMR分析。Pailley等採用HR MAS NMR對樹脂上不同比例的谷氨酸酯和焦谷氨酸酯進行定量分析,並分別在氘代和質子溶劑條件下進行。實驗結果表明;可以利用Glu和pyrGlu的Hα在NMR上的位置區別來分辨,利用面積大小來定量;含10%雜質的3 mg樹脂樣品,在兩種溶劑條件下能被輕易地檢測、10 mg樹脂樣品在氘代溶劑中能檢測到1%的雜質;HPLC-UV和NMR方法比較,誤差<10%。
4 在物理化學中的套用
粘土礦對有機物的吸附是淨化自然環境的一個重要處理過程。Feng等採用高齡土和蒙脫土間隙吸附泥煤腐植酸(PHA)的實驗,研究粘土在不同條件下對PHA的吸附程度、餾分組的分布和吸附的機理,得到了粘土礦表面選擇性吸附有機物的直接的、分子水平的詳細證據。
5 在材料科學中的套用
具有活性的生物材料是目前研究的熱點。Clochard等在聚偏氟乙烯(PVDF)表面通過電子束輻射的辦法嫁接聚丙烯酸,再通過二氯乙烯作為偶合試劑,將縮氨酸化學鍵合固定到PVDF表面,使之具有親水功能。在幾種光譜技術(FT IR、UV、XPS和HR MAS NMR)對其過程的表征中,HRMAS NNR的方法最具優越性。每個基團的位置可以被清楚指認、可以精確計算AA(丙烯酸)/PVDF的比例、可以給出縮氨酸鍵合到固相載體上的二級結構。鍵合固定的縮氨酸由酶聯免疫吸附法測定,其活性仍然保留。
6 在食品科學中的套用
瘋牛病和禽流感的出現,引起了人們對肉類食品的關注。歐洲共同市場已於2000年規定鮮肉產品必須標明原產地標籤,使肉製品從農場到餐桌得到跟蹤,以提高消費者的信心。Sacco等採用金屬元素含量、穩定同位素比和1H HR MAS NMR方法所得數據進行多元統計分析,提供了羊肉血統地理區別的滿意結果。HR MAS NMR的羊肉譜圖,可作為樣品的指紋,不同組別的譜圖,各組分信號強度不同。依靠同位素比值和NMR方法,測試結果的準確性可達96%,而依靠常規分析和金屬元素分析,其準確性僅有60%。
