特种固体探头
用于电池研究的探头系统
布鲁克提供的固体NMR系统，专注于电池和超级电容器等储能材料的原位研究。这些系统的探头和原位NMR附件（例如：电池）由布鲁克专注于电池分析技术解决方案的合作伙伴ePROBE制造。其探头有单共振（X）或双共振（H-X或F-X）配置。每个探头都配备了集电器端口，以便在NMR磁体内进行电化学电池充放电（图1）。此外，其探头还配备了气体/液体通道，以便进行氧化还原流动反应、金属空气电池和类似系统的实验。
图2 给出了一个利用23Na原位NMR技术在Na金属与硬碳电化学电池体系中进行电化学反应研究的应用示例，该研究使用具备自动调谐/匹配功能的单共振电池探头研究了硬碳阳极表面金属导电物种的形成过程。
用于催化剂材料研究的探头（MASCAT）
MASCAT探头专为利用固体NMR技术研究催化反应过程设计，可以用于从室温逐步升高至400°C不同温度下的连续流动反应研究。该探头配备特殊设计的7 mm MAS转子和改进的锭子，以满足连续流动反应实验的需求：该锭子连接了一个特殊的适配器，反应气体可以通过该适配器在探头底部的两个接口流向催化剂。该气流适配器见图3。
MASCAT探头上可以实现的典型NMR实验是在不同的温度下采集一系列1D 13C实验，旨在检测和评估反应气体和催化剂在不同温度下的变化。通过这些谱图，可以提取有关催化反应过程和催化剂结构的信息。
用于在极高温度下进行NMR实验的探头系统（LaserMAS）
布鲁克的CPMAS激光探头系统能够使CPMAS NMR实验的样品温度达到700°C。在这类实验中，样品被放在一个特殊的容器中（见图4），然后在NMR实验过程中通过激光来加热。这些系统由CPMAS NMR激光探头（见图5）、高功率激光器以及高功率激光器运行所需的安全装置组成。所有的布鲁克CPMAS激光探头均为7mm HX双共振模式，激光加热期间转速可达3kHz，而且与宽腔磁体兼容。
图6给出了一个在布鲁克LaserMAS NMR探头上完成的应用示例。实验样品是一种铝磷酸盐玻璃，它先被加热到550°C以上，然后再冷却，在不同温度下采集了一系列27Al和31P波谱，其谱图结果表明随温度变化玻璃结构发生了明显变化，例如：形成晶体。
用于在极低温度下进行NMR实验的探头（LTMAS）
如图 7 所示，布鲁克的 LTMAS 探头可在低至 95 K 的样品温度下进行 CPMAS NMR 实验。
由于自旋在较低温度下的玻尔兹曼分布较大，这种低样品温度可提高灵敏度，从而能够研究冻结在特殊状态下的样品动力学，或促进在非常宽的范围内进行温度变化研究。LTMAS 探头的具体应用详见以下参考文献。
要实现如此低的样品温度，需要使用特殊的技术解决方案。例如：布鲁克LTMAS探头的屏蔽管是真空绝热的，并且探头内部的气流也经过优化以提高热效率。布鲁克的LTMAS探头配备了集成式样品传输系统，可以在探头维持低温状态且仍然位于磁体中直接更换转子。为了在尽可能低的温度下可靠运行，并避免样品出现温度梯度，建议将LTMAS探头与布鲁克的LTMAS冷却柜配套使用。LTMAS冷却柜除了冷却用于样品温度控制的气体外，还可用于冷却转子托浮和驱动气流。
推荐阅读：
- Berkson Z. et al., Preferential Siting of Aluminum Heteroatoms in the Zeolite Catalyst Al‐SSZ‐70, Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 1 – 6
- Gauto D. et al., Aromatic Ring Dynamics, Thermal Activation, and Transient Conformations of a 468 kDa Enzyme by Specific 1H–13C Labeling and Fast Magic Angle Spinning NMR, J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 11183 – 11195
- Blahut J. et al., Monitoring Dynamics, Structure, and Magnetism of Switchable Metal–Organic Frameworks via 1H‐Detected MAS NMR, Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 21778 –21783
静态固体核磁探头
布鲁克的静态固体探头有三种配置：单通道 1H、单通道 X 或 HX 型，可同时进行质子和杂核实验。样品被插在探头中垂直于磁体 B0 磁场的空腔中。如图 8 所示。
布鲁克的静态探头有两种形式： SB（标准腔）和 WB（宽腔），可满足不同的实验设置。SB 静态固体探头适用于 5 mm样品。
布鲁克的宽腔静态固体核磁探头尺寸既可以是经典的 5 mm，也可以根据具体实验需要定制其他尺寸。为了便于调整 X 和 HX 探头的 X 通道频率，我们使用了可更换的插件，通过更换不同的插件来调整探头的检测频率范围，用于检测特定的核。
此外，布鲁克还提供特殊的低 Q 值插件，以实现宽带激发。在需要宽波谱覆盖范围的实验中，这一功能证明是非常有优势的。
在魔角旋转（MAS）探头中，核磁共振样品高速旋转以消除偶极相互作用，相比之下，静态固体探头的样品体积更大，射频线圈更长，这都有助于提高静态固体实验的灵敏度。此外，与涉及复杂旋转机制的 MAS 探头相比，静态探头的复杂性相对较低。静态探头的相对简单性使其更易于操作和维护，为研究人员提供了便利，并促进了高效的实验设置。
静态探头在固体核磁研究中应用广泛。一种常见的应用是测定化学位移各向异性 (CSA) 张量，它可提供有关分子结构和动力学的宝贵信息。静态探头还非常适合分析单晶体样品，可对其特性进行详细研究。
