NMR of Macromolecules

NMR of Macromolecules pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Oxford University Press, USA
作者:Gordon C. K. Roberts
出品人:
页数:418
译者:
出版时间:1993-09-23
价格:USD 84.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780199632244
丛书系列:
图书标签:
  • 核磁共振
  • 高分子
  • 聚合物
  • 结构分析
  • 表征
  • 材料科学
  • 化学
  • 光谱学
  • 分子结构
  • NMR
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具体描述

Following the enormous increase in the use of nuclear magnetic resonance to study the conformations and interactions of biological macromolecules, this book provides detailed guidance on how to choose the most appropriate protocol to obtain the required information, how to carry out the

experiment, and how to analyze the resulting spectra. Graduate students and post-doctoral researchers in biochemistry, biophysics, chemistry, and other disciplines who use NMR to study biological macromolecules will find this exemplary volume one of the few genuinely practical books on the

subject.

《核磁共振在功能性材料设计中的应用》 本书深入探讨了核磁共振(NMR)技术在理性设计与开发新型功能性材料方面的强大潜力。不同于传统上侧重于分子结构解析的NMR应用,本书将聚焦于如何利用NMR的独特优势,精确调控材料的微观结构,进而赋予材料特定的宏观功能。 核心内容概述: 本书将从材料科学的基本原理出发,系统阐述NMR谱学作为一种无损、高分辨的探测手段,如何为功能性材料的设计提供关键信息。我们将详细介绍多种NMR技术,包括但不限于: 固体核磁共振(ssNMR): 重点阐述ssNMR如何揭示非晶态、半晶态材料以及纳米尺度材料的局部化学环境、动力学行为以及组分间的相互作用。我们将深入讨论不同脉冲序列的设计与优化,以获得特定核素(如¹H, ¹³C, ¹⁵N, ²⁹Si, ²⁷Al 等)在复杂材料体系中的结构和动态信息,例如聚合物网络的交联密度、无机材料的玻璃化转变动力学、以及多孔材料的孔道尺寸和表面性质。 液体核磁共振(liquid-state NMR): 虽然本书侧重于固体材料,但我们也将简要回顾液体NMR在单体表征、聚合反应动力学监测以及溶液态前驱体行为分析中的作用,为理解聚合过程和固化机制提供基础。 高场和超高场NMR: 讨论高磁场强度如何显著提升NMR信号的分辨率和灵敏度,对于研究低丰度核素、弱信号峰以及复杂多组分体系至关重要。 多维NMR技术(2D/3D NMR): 详细介绍COSY, HSQC, HMBC, MQMAS, DOR 等多维技术如何揭示不同原子核之间的耦合关系、空间距离以及跨相信息,从而建立起材料微观结构与宏观性质之间的联系。 弛豫时间测量(T₁, T₂, T₁ρ): 阐述T₁和T₂弛豫时间如何反映材料的分子运动性和动态过程,例如聚合物链的柔性、溶剂在多孔材料中的扩散、以及相变过程中的动力学。T₁ρ弛豫尤其适用于研究低频段的分子运动,与材料的机械性能和响应行为密切相关。 扩散核磁共振(DOSY/PFG-NMR): 介绍如何利用扩散NMR技术测量不同组分的扩散系数,从而区分混合物中的独立相、研究溶剂在材料中的渗透性以及监测材料的吸附/脱附过程。 核超极化技术(Hyperpolarization): 探讨如SPS(SP)和PHIP等技术如何极大地提升NMR信号强度,使得低丰度核素或微量组分的检测成为可能,为研究催化过程、固态反应以及生物材料的早期诊断提供新的途径。 功能性材料设计中的NMR应用场景: 本书将以一系列具体的案例研究,展示NMR在以下功能性材料设计中的应用: 1. 高分子材料: 聚合物网络设计: 通过ssNMR精确控制交联密度、交联点结构以及未反应单体的分布,优化聚合物网络的弹性、韧性、耐溶胀性和机械强度,例如用于生物医用支架、密封剂和弹性体。 嵌段共聚物与自组装: 利用NMR解析嵌段共聚物的微相分离结构、相界面的尺寸和形貌,以及自组装体的动力学稳定性,从而设计具有特定分离或响应功能的纳米材料。 聚合物复合材料: 研究填料在聚合物基体中的分散状态、填料与基体之间的界面相互作用、以及填料对聚合物链动力学的影响,以提升复合材料的力学、热学和电学性能。 2. 多孔材料: 金属有机框架(MOFs)与共价有机框架(COFs): 利用NMR表征MOFs和COFs的骨架结构、孔道尺寸分布、官能团的化学环境以及吸附客体分子的分布和动力学,为气体储存、分离和催化应用提供结构-性能关系。 沸石与介孔二氧化硅: 通过NMR研究这些材料的骨架组成、缺陷位点、表面酸性以及溶剂/气体在孔道内的吸附行为和扩散动力学,优化其在催化、吸附和传感器领域的应用。 3. 无机非金属材料: 玻璃与陶瓷: 利用ssNMR深入理解玻璃的配位环境、网络结构、玻璃化转变动力学以及晶化过程,指导开发具有特定光学、电学或力学性能的玻璃和陶瓷材料。 钙钛矿材料: 运用NMR研究钙钛矿晶体的结构稳定性、缺陷类型、离子迁移机制以及与界面的相互作用,为开发高效稳定的光电器件提供基础。 4. 先进功能材料: 生物材料: 通过NMR研究生物医用材料的降解动力学、药物释放行为、以及材料与生物分子的相互作用,设计更具生物相容性和功能的植入物和药物递送系统。 能源材料: 例如,利用NMR研究锂离子电池电解质的结构和动力学、固态电池中的界面行为,以及催化剂表面的反应中间体,为开发更高效安全的储能技术提供指导。 本书的特色与价值: 聚焦材料设计: 本书不同于传统的NMR谱学教材,而是将NMR技术作为一种工具,强调其在材料创新设计中的前瞻性应用。 案例驱动: 通过详实的案例研究,直观展示NMR如何解决实际材料科学问题,帮助读者理解NMR数据的解读与应用。 跨学科视角: 融合了化学、物理、材料科学等多个学科的知识,为跨学科研究提供有益参考。 理论与实践结合: 在介绍NMR原理的同时,提供丰富的实验指导和数据分析方法,鼓励读者将所学知识应用于科研实践。 本书旨在为材料科学家、化学家、工程师以及对功能性材料设计感兴趣的研究人员提供一本全面、深入且极具实践指导意义的参考书,帮助他们更好地利用核磁共振技术,创造出更具创新性和高性能的功能性材料。

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读后感

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用户评价

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坦白说,我原本以为这是一本会让我感到枯燥的专业书籍,毕竟“大分子”和“NMR”这两个词组合在一起,常常预示着无尽的矩阵运算和复杂的哈密顿量。然而,这本书的叙事节奏把握得非常到位,它采取了一种更接近于“专题研讨会”的风格。作者们似乎非常了解初学者在面对大规模生物分子数据时的那种迷茫感,因此,他们在介绍最新的固体NMR技术,比如线旋转(MAS)和复合脉冲去耦时,花费了大量的篇幅来解释为什么需要这些“复杂的”脉冲序列,以及它们如何从根本上克服了传统液体NMR在处理不溶性生物材料时的局限性。特别是关于蛋白质折叠动力学的章节,作者并没有直接给出结论,而是通过一系列对比实验,引导读者自己去“发现”结构变化带来的谱图特征转移。这种教学方法极大地激发了我的主动思考,让我不再满足于仅仅知道“是什么”,而是开始追问“为什么是这样”。对于那些希望将NMR应用于材料科学,比如聚合物或水凝胶研究的读者,这本书提供了非常坚实的理论基础和清晰的实验路线图。

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这本书的价值,我认为更多地体现在其对“数据解释”环节的深入剖析上。市面上的许多NMR书籍侧重于信号的采集和归属,但对于如何将那些密集的、相互重叠的信号转化为有意义的结构信息,却往往一笔带过。而《NMR of Macromolecules》在这方面表现得尤为出色。它花了大篇幅讨论了残余各项异性(Residual Anisotropy)的测量及其在确定分子整体取向上的关键作用,这对于理解纤维状或膜结合蛋白的研究至关重要。书中不仅展示了如何计算二阶导数来优化参数,还提供了一套非常实用的、基于软件的误差分析流程。最让我印象深刻的是关于核磁弛豫机制的详细讨论,作者清晰地划分了各向同性(Isotropic)和非各向同性(Anisotropic)运动的贡献,这直接关系到我们对分子链段运动的理解。对于想在生物物理领域深耕的博士生而言,这本书提供的不仅仅是技术手册,更是一种严谨的科学思维训练。

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我通常对这种篇幅厚重的专业书籍持保留态度,因为它们常常“大而全”却“精而浅”。但《NMR of Macromolecules》成功地避免了这一陷阱。它在保持广度的同时,实现了惊人的深度。举个例子,在讨论高分辨液体NMR时,作者没有仅仅停留在标准的BIRD脉冲序列,而是深入探讨了如何通过优化梯度场的使用来抑制水峰,并详细比较了不同梯度施加方式对样品稳定性的潜在影响。这种对细节的关注,体现了作者们深厚的实践经验。此外,书中关于大分子溶液中聚集体形成对NMR谱线的影响这一“灰色地带”的讨论也极为到位。作者们没有回避这个在实际工作中经常遇到的难题,而是给出了基于化学位移偏移和线宽变化的量化判断标准。这对于任何处理浓度较高样品的研究者来说,都是无价的洞察。总而言之,这本书的写作风格是极其“工程师导向”的,注重实用性和可操作性。

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这本《NMR of Macromolecules》确实是一本令人眼前一亮的著作,尤其是对于那些初涉核磁共振波谱法在研究大分子领域应用的研究生或科研人员来说。它不像某些教材那样堆砌晦涩难懂的理论公式,而是巧妙地将复杂的物理化学原理融入到实际的实验案例分析中。我特别欣赏作者在阐述多维谱技术,比如2D TOCSY和NOESY时所采取的叙述方式,他们不仅仅是展示谱图,更深入地探讨了如何通过精妙的脉冲序列设计来区分不同类型的核自旋之间的相互作用。书中的插图清晰直观,许多关键的弛豫时间(T1和T2)的图示,帮助我这个对动态学不太敏感的人,也能快速建立起分子运动性与谱线展宽之间的直观联系。更值得称道的是,书中对溶剂效应和温度对大分子构象影响的讨论,这往往是实验中难以控制的“噪声”源,但作者却将其系统化地归纳,提供了一套实用的排除干扰的策略。读完这本书,我感觉自己对如何设计一个有效的、能解决实际问题的NMR实验方案,有了质的飞跃,不再是盲目地套用文献中的参数。

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这本书带给我最独特的感觉是它在“前沿技术整合”上的野心。它不仅仅是对现有知识的总结,更像是一份前瞻性的路线图。当许多书籍还在聚焦于传统的溶液态NMR时,这本书已经系统地将固态NMR的最新进展,特别是针对蛋白质晶体和冷冻电镜(Cryo-EM)样品辅助验证方面的应用做了详尽的介绍。作者们构建了一个非常清晰的逻辑链:从基本的弛豫理论出发,逐步过渡到复杂的脉冲程序设计,最后落脚于如何利用这些技术去解析那些传统手段难以企及的复杂生物系统(如膜蛋白或大型复合体)。我发现书中关于场梯度校正和线形去卷积的章节尤其具有启发性,它们展示了现代NMR谱仪硬件和软件的极限在哪里,以及我们作为使用者应该如何去“推着”这些极限走。对于希望站在NMR技术最前沿的科研人员来说,这本书无疑是一份不可多得的、高质量的学习和参考资料,它的内容密度和信息量完全对得起它的厚度。

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