固体核磁共振在高分子材料分析中的应用进展

　　自1945年底美籍科学家Bloch和 Purcell首次观测到宏观物质核磁共振（NMR）信号以来，已过了60年。在这60年内，由于其在结构分析方面的特殊优势，NMR理论和谱仪技术得到了迅速的发展和推广。到目前为止，NMR技术已经在物理、化学、材料、生物和医学等多个学科得到了广泛的应用。NMR波谱学研究的对象是原子核自旋。自旋核之间的偶极-偶极相互作用和标量耦合相互作用能够分别提供原子核间距或化学键二面角等分子几何信息，从而使从分子和原子水平上研究宏观物质成为可能。傅立叶变换核磁共振及二维核磁共振技术的出现，为固体核磁共振和核磁共振成像奠定了基础，是核磁发展史上的一大突破。而核磁共振成像的出现则使NMR 谱学扩展到医学领域。

　　除常用的测定有机化合物的结构、构型外，NMR方法还可从原子、分子水平上揭示材料微观结构和功能间的关系。如催化剂表面活性中心及其与反应分子的相互作用机制；新材料制备过程中，各种元素的原子相互结合的机理；高分子材料中化学结构、晶态与非晶态、链运动、链构象等结构信息；纳米晶体或原子簇的聚集状态及导致其特殊的物理性质和产生量子化效应的原因；生物大分子的二级、三级结构等等。

　　在物理、化学、材料和矿物等方面的研究中，常常遇到无法溶解的固体样品。或者，需要了解样品在固体状态下的结构信息，如高分子链构象、晶体形状、形态特征等。这时就可以利用固体NMR方法直接进行测试。

2、 固体NMR的特点

　　固体高分辨核磁共振技术是一种重要的结构分析手段。它研究的是各种核周围的不同局域环境，即中短程相互作用，非常适用于研究固体材料的微观结构，能够提供非常丰富细致的结构信息，既可对结晶度较高的固体物质的结构分析，也可用于结晶度较低的固体物质及非晶质的结构分析。与 H 射线衍射、中子衍射、电子衍射等研究固体长程整体结构的方法互为补充。特别是研究非晶体时，由于其不存在长程有序，NMR 方法就更为重要，现在固体NMR已广泛用于研究无机材料（如分子筛、催化剂、陶瓷、玻璃等）和有机材料（如高分子聚合物、膜蛋白等）的微结构。

3、 在高分子材料分析中的应用

　　固体 NMR 一出现人们就开始用它来研究高分子化合物。利用固体NMR 谱图和各种弛豫参数，人们可以表征材料的分子结构进而监视反应的进度。固体NMR 谱可以显示出聚丙烯腈在热降解过程中的结构变化 。未处理的 PAN样本及其不同条件下的热解产物会产生明显不同的共振信号。NMR谱的半高宽代表聚合物体系的流动性。较小的意味着较高的流动性。由此可以用于研究聚合物链段降解时因断链与交联而引起的活动性的变化。

　　固体NMR不仅为聚合物分子结构的解析提供了丰富和可靠的信息，同时NMR的各个参数也可作为机械性能及动力学研究的重要手段。随着谱仪技术的发展，固体NMR将会在更广阔的领域发挥其重大作用。上海华谱技术服务中心可以通过核磁共振分析技术能够快速、灵敏、高效地完成对材料的鉴别剖析工作。另外，本中心可以用核磁共振（NMR）与红外光谱仪、气相色谱(GC)、液相色谱(LC)、薄层色谱(TLC)等仪器联用，能够充挥各种仪器的性能，弥补各自的不足，使复杂未知物的剖析水平得到提高。