可提高核磁共振谱图数据灵敏度的微线圈探针

　　核磁共振(N M R )谱是一种强有力的分析方法，常用于提供化合物的结构信息及其他化学属性，如样品的成分。它的应用结果常用于反应动力学的研究。尽管 NMR 能提供大量的信息，但它的检测灵敏度却比其他分析检测方法(如质谱或紫外检测)低几个数量级。人们已发展了许多方法来提高 NMR 检测的信噪比(S/N)，例如使用高强磁场和低温冷冻探针。这些方法的确改善了信噪比，但同时也显著提高了仪器价格。提高检测灵敏度的另一个方法就是增大样品的体积，但这对于许多很难获得大量样品的研究，尤其是感兴趣的生物分子的研究，是不可行的。近年来，微线圈技术的应用可以显著提高 NMR的检测灵敏度，而成本却比低温冷冻探针低很多^[1] 。

　　将样品放入到微线圈探针是一个与提高检测灵敏度密切相关的重要问题。必须对所有因素进行优化，以便使系统的通量最大化，并且适合分析者的使用。许多设备使用了高通量的自动进样器，而其他设备中则采用了色谱或电泳分离方法。因而需要建立一种完美衔接的分析方法来优化分析实验室的通量。

　　本文介绍了通用微线圈技术来提高 NMR 检测灵敏度的方法。讨论了包括微流注射、固相萃取(S P E )、H P L C 、电迁移等许多样品处理方法。

　　1 应用微线圈优化用于微克和亚微克级质量分析的 NMR 灵敏度

　　一般地，射频(R F )接受器线圈应与样品完全吻合以确保检测灵敏度高。一个设计合理的 NMR探针可以使观测因子和填充因子均最大化。观测因子是指RF线圈观测到的样品体积与分析所需的总样品体积的比值;填充因子是指RF线圈观测到的样品体积与线圈体积的比值。由于线圈的灵敏度与其大小成反比，因此一个使用 1mmRF 线圈的探针会比一个使用将近10 mm RF线圈的常规探针的质量灵敏度提高十多倍。由于尺寸小，而且是与磁化率匹配的专利化方法，商品化的 C a p N M RT M微线圈探针(Protasis，Inc.，Marlboro，MA)易于使用，而且只需要一些易获得的系统夹片即可以满足分辨规格。关于微线圈 NMR 设计的详情可参见参考文献^[1] 。

　　图 1 是一个微线圈应用的例子。它给出了分别应用 CapNMR 探针和低温冷冻探针对一个未知样品进行分析的 NMR 谱图。尽管两个图谱中 S/N 是一样的，但由于质量检测时所用的溶剂体积相差100倍，因此用 CapNMR 探针得到的图谱的背景噪声实际上相当小。

　　2 微线圈用于获得生物分子样品的NMR 数据

　　因为获得大量蛋白质(或其他大分子)样品是非常困难或麻烦的，因此应用微线圈来采集生物分子的 NMR 图谱数据具有明显优势。最近，Peti 等^[2] 利用 TXI HCN z-grad CapNMR探针来确定蛋白质折叠和一个10kD蛋白质(Thermotoga maritima 的TM0979)序列特异性的骨架分布。这种探针非常适合获得从未经优化的、高度自动化的蛋白质表达链上生产的蛋白质样品的 NMR 图谱，而采用这种方法获得的蛋白质的量不足以用传统的 5-mm 探针 NMR进行分析。该探针为结构蛋白质组计划中研究蛋白质折叠开辟了一条崭新的道路。