A Complete Introduction to Modern NMR Spectroscopy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Macomber, Roger S.

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:1997-12

价格:309.00 元

装帧:

isbn号码:9780471157366

丛书系列:

图书标签:

• NMR
• Spectroscopy
• Nuclear Magnetic Resonance
• Chemistry
• Physics
• Analytical Chemistry
• Organic Chemistry
• Science
• Textbook
• Higher Education

磁共振波谱学：从基础到前沿应用的全面导览 本书聚焦于核磁共振（NMR）波谱学的核心原理、仪器技术与在化学、材料科学及生物医学中的前沿应用。 本书旨在为初学者提供坚实的理论基础，同时为有经验的研究人员提供深入的技术洞察和最新的方法论发展。 第一部分：核磁共振的基础物理与化学原理 本书伊始，我们将系统地阐述核磁共振现象背后的量子力学和经典物理基础。 第一章：磁矩、自旋与拉莫尔进动 本章详细介绍了原子核的内禀性质——核自旋（Spin）和磁矩（Magnetic Moment）。我们从薛定谔方程出发，推导出描述自旋体系的哈密顿量，重点解析了在静磁场 $B_0$ 中自旋核的拉莫尔进动（Larmor Precession）频率及其与磁场强度的线性关系。同时，引入了弛豫时间 $T_1$（纵向弛豫）和 $T_2$（横向弛豫）的概念，解释了它们在信号产生和衰减中的关键作用，并讨论了不同物理过程（如自旋-晶格、自旋-自旋相互作用）对弛豫行为的影响。 第二章：NMR信号的获取与傅里叶变换 本章深入探讨了如何利用射频（RF）脉冲激发样品，并将接收到的自由感应衰减（FID）信号转化为频率域的NMR谱图。详细讲解了傅里叶变换（FT）在数据处理中的数学基础及其在提高信噪比和分辨率方面的实用技巧。我们对比了连续波（CW）和脉冲（Pulsed）NMR技术的演变，强调了现代高场NMR系统对脉冲序列设计的要求。 第三章：化学位移与屏蔽效应 化学位移（Chemical Shift）是NMR谱图中最具特征性的信息来源。本章全面分析了电子云对原子核周围有效磁场的影响，即电子屏蔽效应（Shielding Effect）。我们讨论了影响化学位移的关键因素，包括电负性、杂化轨道、芳香环电流效应以及空间取向效应。书中的图表将系统展示不同官能团的典型化学位移范围，并引入参考标准物的校正方法。 第四章：自旋-自旋耦合（J耦合） 自旋-自旋耦合，即J耦合，是区分化学等价核和确定分子连接拓扑结构的关键。本章详细解释了通过分子内电子传递的间接耦合机制。我们通过多重峰图（Splitting Patterns）的规则（如 $2nI+1$ 法则）来解析一维谱图，并深入讨论了偶合常数 $J$ 的性质，包括其对键角、键长和分子构象的依赖关系。 第二部分：实验技术与高分辨谱的实现 本部分将重点放在现代高分辨NMR仪器的操作、脉冲序列的设计以及如何通过多维技术获取更丰富的信息。 第五章：仪器硬件与高场技术 本章介绍了超导磁体、射频发射/接收系统、梯度线圈和探头（Probehead）等核心硬件组件。我们将分析磁场不均匀性对谱图质量的影响，并详述磁场锁定（Locking）和shimming技术，阐明如何通过精细的梯度控制实现极高的频率分辨率。对于超低温探头（Cryoprobe）和高功率脉冲放大器的作用也将进行深入阐述。 第六章：脉冲序列的设计与基本二维实验 二维NMR（2D NMR）是现代结构解析的基石。本章介绍了构筑脉冲序列的基本模块：激发脉冲、时间延迟和接收。我们将详细解析最基本的二维实验： COSY (Correlation Spectroscopy): 揭示通过J耦合连接的质子间的关系。 TOCSY (Total Correlation Spectroscopy): 用于识别所有属于同一自旋系统的质子。 J-Resolved Spectroscopy: 将化学位移和J耦合信息在两个维度上分离。 第七章：通过空间和化学键的关联技术 本章聚焦于那些能够跨越化学键或通过空间接近性来关联原子的关键技术： HMQC/HSQC (Heteronuclear Multiple-Quantum Coherence/Single Quantum Coherence): 用于快速关联直接键合的 ${}^1 ext{H}$ 与 ${}^{13} ext{C}$ 或 ${}^{15} ext{N}$ 核，是确定分子骨架的基石技术。 HMBC (Heteronuclear Multiple-Bond Correlation): 探测跨越两到三个化学键的异核关联，对于确定官能团连接点至关重要。 NOESY/ROESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy/Rotating Frame Overhauser Effect Spectroscopy): 测量核之间通过空间接近性（通常在 5 Å 以内）产生的核过量子效应，是确定分子三维结构和相对构象的决定性技术。 第三部分：高级应用与前沿领域 本书的最后一部分将引导读者进入NMR在复杂体系和动态过程研究中的应用。 第八章：分子动力学与化学交换 NMR对分子运动的敏感性使其成为研究化学和物理过程动态性的强大工具。本章阐述了化学交换（Chemical Exchange）对谱线加宽和化学位移的影响。我们将介绍线形分析方法，如EXSY实验，用于量化不同化学状态之间的转换速率，这在研究分子异构化、质子转移和构象变化中极为重要。 第九章：固体NMR波谱学 虽然溶液NMR是主流，但固体样品（如聚合物、无定形材料和冷冻干燥的生物分子）的研究依赖于固体NMR技术。本章介绍了解耦（Decoupling）、魔角旋转（MAS）技术，以及如何利用CP/MAS（交叉极化/魔角旋转）序列来提高弱核信号的灵敏度。我们还将探讨如何通过REMG（旋转边带去除）等方法重建高分辨率的固体谱图。 第十章：生物分子NMR：结构与相互作用 在生物化学领域，NMR是解析蛋白质、核酸和大分子复合物结构和功能的重要手段。本章侧重于针对大分子的技术挑战，如信号过度重叠和快速弛豫。重点讨论核磁标记策略（如 ${}^{13} ext{C}$ 和 ${}^{15} ext{N}$ 标记），以及如何使用残余距离（rNOE）和残余偶合常数（RDCs）来约束高分辨率三维结构计算。此外，还将介绍化学位移扰动（CSP）方法在研究分子结合界面和配体筛选中的应用。 第十一章：定量NMR（qNMR）与代谢组学 定量NMR（qNMR）作为一种无需校准曲线的绝对定量分析技术，正日益受到重视。本章阐述了精确积分谱线所依赖的条件，如完全弛豫时间（确保 $T_1$ 效应被消除）。我们还将探讨qNMR在药物纯度鉴定、食品质量控制以及利用 ${}^1 ext{H}$ NMR进行代谢物谱分析（Metabolomics）中的关键地位，包括如何处理复杂的生物混合物谱图。 结论：未来展望 本书的总结部分将对NMR技术在持续向更高场强、更强梯度和更快速成像/光谱采集方向的发展进行展望，同时探讨人工智能和机器学习在辅助谱解析和自动化实验设计中的潜在作用。

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这本书的阅读体验对于有一定背景知识的读者来说，是一种回归本源的乐趣。我尤其欣赏作者在阐述波函数和密度矩阵理论时所采用的深度——它既没有为了追求数学上的绝对完备性而陷入晦涩的矩阵代数泥潭，也没有为了简化而牺牲掉物理图像的准确性。作者成功地找到了一个完美的平衡点，使得即便是像自旋交换过程这样的复杂动力学现象，也能被清晰地几何化和概念化。我发现自己可以很容易地将书本上的理论知识映射到自己正在处理的实验数据上，很多之前模糊不清的概念，比如弛豫时间的各向异性贡献，在读完相关章节后豁然开朗。可以说，它更像是一本“思维工具箱”，它教授的不是固定的知识点，而是一套解决NMR问题的高效思维模式和解析框架，非常适合希望从“操作者”晋升为“研究者”的进阶学习者。

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这本书的封面设计给我的第一印象是相当的朴实无华，那种经典的学术教材风格，没有任何花哨的装饰，直奔主题。装帧质量中规中矩，作为一本可能需要反复查阅的工具书，它的耐用性看起来还算可靠。我翻开目录时，首先注意到的是其结构划分的清晰度，章节之间的逻辑衔接显得非常流畅，从基础理论的铺垫到复杂技术的深入探讨，似乎都经过了精心编排。特别是关于化学位移和耦合常数解析的基础章节，文字描述详尽且配图直观，对于初学者来说，这无疑是一个很好的起点。我特别欣赏作者在引入新概念时所采用的循序渐进的方式，没有一开始就抛出过于深奥的数学公式，而是先用物理图像和直观的比喻来帮助理解，这极大地降低了入门的心理门槛。整体而言，这本书给人的感觉是严谨、扎实，像一位经验丰富的导师在身边耐心引导，确保读者能够稳扎稳打地建立起对核磁共振的整体认知框架。

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我花了几天时间仔细研读了其中关于二维谱技术的部分，坦白说，这里的深度和广度远超我的预期。作者对于各种脉冲序列的讲解，不仅仅停留在“是什么”的层面，更深入地剖析了“为什么”以及“如何优化”这些实验参数。比如，在讨论COSY和TOCSY时，作者用非常生动的语言描述了在不同谱图上如何快速识别和区分交叉峰与自旋自信号，甚至连一些在实际操作中非常容易被忽略的伪峰和低场效应都被提到了。阅读这些内容时，我感觉自己仿佛正在一位资深实验员的指导下进行实际操作，遇到的每一个潜在问题似乎都被提前预警了。书中的案例分析部分也做得十分出色，选取了一些具有代表性的有机分子结构，一步步展示了如何通过综合运用多维谱（如HSQC, HMBC）来解析结构，这种“手把手”的教学方式对于提高实际解决问题的能力帮助极大，远非那种只有理论堆砌的教科书可比。

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从排版和注释来看，这本书的出版质量相当令人满意。印刷清晰，图表的质量非常高，特别是那些复杂的能级图和脉冲序列图，线条干净利落，没有出现任何墨迹模糊或套印不准的问题，这在理工科书籍中是至关重要的。页边距的处理也很合理，为读者留出了足够的空白来记录自己的心得和补充的笔记，这对于一本参考书来说是极其人性化的设计。另外，书后提供的参考文献列表非常详尽和权威，涵盖了该领域内许多里程碑式的论文，这表明作者在编撰过程中做了非常扎实的研究工作，确保了内容的时效性和准确性。虽然这是一本介绍性的教材，但它对关键术语的定义和历史背景的交代都十分到位，显示出一种对科学史的尊重和严谨的态度。

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我尝试着用这本书来指导一个从未接触过NMR的本科生入门，结果发现它在“可访问性”和“前沿性”之间架起了一座坚固的桥梁。对于初学者，前几章的化学基础知识回顾得恰到好处，为后续的物理概念打下了牢固的基础。而最让我印象深刻的是，作者在介绍常规技术的同时，并没有回避像固体NMR或高场/超高场效应带来的新挑战和新方法，这使得这本书的价值得以延伸，不仅仅局限于基础教学。它巧妙地设置了“进一步阅读”的提示，引导有兴趣的读者自行探索更专业的文献，这种设计体现了作者的教学智慧——既要保证入门者的顺利通过，也要为未来的深度学习铺平道路。总而言之，这本书的结构设计极具前瞻性，既是一扇通往NMR世界的稳固大门，也是一个不断向外拓展的知识网络节点。

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