台式核磁共振波谱与化学计量工具的成功结合

台式核磁共振波谱与化学计量工具的成功结合

台式核磁共振波谱技术作为现代分析化学的重要工具，近年来得到了快速发展。它与化学计量学方法的结合使用，不仅克服了传统高分辨率核磁共振（HR-NMR）技术在成本、操作复杂度等方面的局限性，还在多个领域展现出广阔的应用前景。本文综述了台式核磁共振技术的发展历程、工作原理及其在化学分析中的应用现状。

台式核磁共振技术的发展背景

核磁共振（NMR）技术是一种重要的分析工具，广泛应用于化学、生物化学、制药等领域。传统的高分辨率核磁共振（HR-NMR）技术虽然具有很高的分析能力，但存在成本高、操作繁琐等缺点。近年来，随着材料工程、设计和仪器仪表的不断进步，台式核磁共振技术应运而生。

台式核磁共振技术，也被称为低场核磁共振或中分辨率核磁共振，工作在较低的磁场强度（1.0-2.1 T），使用永磁体替代超导电磁铁，大大降低了成本和使用门槛。同时，它仍然能够提供足够的光谱分辨率来区分不同的化学基团，成为过程分析控制（PAC）中使用的强大分析工具。

图1：（A）核磁共振波谱学领域的发展时间表。（B）磁场强度总结。标准台式（实验室）永磁结构示意图：（C）平行板磁铁和（D）圆柱形哈尔巴赫磁铁[1]

台式核磁共振技术的优势

台式核磁共振技术具有以下优势：

1. 成本低：使用永磁体替代超导电磁铁，降低了设备的制造和维护成本。
2. 便携性好：体积小、重量轻，便于携带和现场使用。
3. 操作简单：不需要复杂的样品预处理，操作简便快捷。
4. 绿色环保：符合“绿色分析化学”的原则，对环境影响小。
5. 适用范围广：适用于燃料、食品、制药、生化、药物、代谢组学和聚合物等多个领域的分析。

然而，台式核磁共振技术也存在一些局限性。由于磁场强度较低，其光谱分辨率不如高场仪器，频谱重叠和频率轴偏移现象较为严重，直接解释光谱较为困难。因此，需要借助化学计量学工具（如探索性分析、分类或回归）来辅助数据解释和分析。

图2：原型台式核磁共振设备。[1]

应用现状与未来展望

台式核磁共振技术在多个领域展现出广阔的应用前景。Diego Galvan等人综述了该技术在化学分析中的发展，包括在燃料、食品、制药、生化、药物、代谢组学和聚合物等领域的应用。同时，还综述了不同的低分辨率核磁共振光谱采集方法和化学计量学的校准、分类、识别、数据融合、校准传递、多块和多路技术。

随着技术的不断发展，台式核磁共振技术有望在更多领域得到应用。未来的研究方向可能包括提高光谱分辨率、优化化学计量学算法、开发更便携的设备等。

参考文献

[1] GALVAN D, DE AGUIAR L M, BONA E, et al. Successful combination of benchtop nuclear magnetic resonance spectroscopy and chemometric tools: A review [J]. Analytica Chimica Acta, 2023, 1273: 341495.