核磁共振(NMR)培訓(xùn)

1、核磁共振核磁共振(NMR)(NMR)培訓(xùn)培訓(xùn)n 適用范圍適用范圍n 核磁共振原理核磁共振原理n 儀器組成儀器組成第一章第一章 儀器介紹儀器介紹 vNMRNMR是研究原子核對射頻輻射的吸收，它是對各種有是研究原子核對射頻輻射的吸收，它是對各種有機(jī)和無機(jī)物的成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析的最強(qiáng)有力的機(jī)和無機(jī)物的成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性分析的最強(qiáng)有力的工具之一，有時(shí)亦可進(jìn)行定量分析。工具之一，有時(shí)亦可進(jìn)行定量分析。v儀器配備儀器配備ATMAATMA功能功能BBFOBBFO探頭（帶有自動(dòng)調(diào)諧功能，可探頭（帶有自動(dòng)調(diào)諧功能，可在無人干預(yù)狀態(tài)下進(jìn)行多種核的在無人干預(yù)狀態(tài)下進(jìn)行多種核的NMRNMR實(shí)驗(yàn)）。實(shí)驗(yàn)）。v可測試

2、液體樣品或能溶于氘代試劑的固體樣品?？蓽y試液體樣品或能溶于氘代試劑的固體樣品。v測試范圍測試范圍1 1H H109109AgAg。v1 1H H、1313C C、DEPTDEPT、H-H COSYH-H COSY、HSQCHSQC、HMBCHMBC適應(yīng)范圍適應(yīng)范圍原理原理v在強(qiáng)磁場中，原子核發(fā)生振動(dòng)能級分裂在強(qiáng)磁場中，原子核發(fā)生振動(dòng)能級分裂v當(dāng)吸收外來電磁輻射時(shí)，將發(fā)生核振動(dòng)能級的躍遷當(dāng)吸收外來電磁輻射時(shí)，將發(fā)生核振動(dòng)能級的躍遷-產(chǎn)生所產(chǎn)生所謂謂NMRNMR現(xiàn)象?，F(xiàn)象。B0MB0MRF 脈脈沖沖接收器接收器ReceiverS(t)FTS(w w)原理原理(1)I=0(1)I=0的原子核的原子核

3、1616O O、1212C C、2222S S等等 ，無自旋，沒有磁矩，不產(chǎn)，無自旋，沒有磁矩，不產(chǎn)生共振吸收生共振吸收(2)I=1(2)I=1或或I0I0的原子核的原子核 I=1 I=1 ： 2 2H,H,1414N N I=3/2: I=3/2: 1111B,B,3535Cl,Cl,7979Br,Br,8181BrBr I=5/2 I=5/2：1717O,O,127127I I這類原子核的核電荷分布可看作一個(gè)橢圓體，電荷分布不均這類原子核的核電荷分布可看作一個(gè)橢圓體，電荷分布不均勻，共振吸收復(fù)雜，研究應(yīng)用較少；勻，共振吸收復(fù)雜，研究應(yīng)用較少；(3)(3)1/21/2的原子核的原子核 1 1

4、H H，1313C C，1919F F，3131P P原子核可看作核電荷均勻分布的球體，并象陀螺一樣自旋，原子核可看作核電荷均勻分布的球體，并象陀螺一樣自旋，有磁矩產(chǎn)生，是核磁共振研究的主要對象。有磁矩產(chǎn)生，是核磁共振研究的主要對象。液氮：液氮：-196-196，保持液氦溫度，減少液氦損失。，保持液氦溫度，減少液氦損失。液氦：液氦：-269-269，提供超低溫環(huán)境，提供超低溫環(huán)境。探頭：探頭：射頻發(fā)射線圈，射頻接受線圈組成。正向探頭：射頻發(fā)射線圈，射頻接受線圈組成。正向探頭：高頻接收線圈在外（通常指高頻接收線圈在外（通常指1 1H H核）低頻接受線核）低頻接受線圈在內(nèi)。反向探頭：低頻接受線圈在

5、外，高頻圈在內(nèi)。反向探頭：低頻接受線圈在外，高頻接收線圈在內(nèi)，主要用于反向?qū)嶒?yàn)。接收線圈在內(nèi)，主要用于反向?qū)嶒?yàn)。儀器組成儀器組成超導(dǎo)磁體：超導(dǎo)磁體：鈮鈦或鈮錫合金等超導(dǎo)材料制備的超導(dǎo)線圈；鈮鈦或鈮錫合金等超導(dǎo)材料制備的超導(dǎo)線圈；在低溫在低溫4K4K，處于超導(dǎo)狀態(tài)，處于超導(dǎo)狀態(tài); ;開始時(shí)，大電流一開始時(shí)，大電流一次性勵(lì)磁后，閉合線圈，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，長次性勵(lì)磁后，閉合線圈，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，長年保持不變。年保持不變。n 送樣要求送樣要求n 樣品準(zhǔn)備樣品準(zhǔn)備n 鎖場勻場的作用鎖場勻場的作用n NMRNMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)n 譜圖分析技巧譜圖分析技巧第二章第二章 實(shí)驗(yàn)流程實(shí)驗(yàn)流程 送樣要求送樣要求課

6、題號(hào)研究室送樣人送樣日期：樣品名稱溶劑CDCl3DMSOD2OAcetone其他測試項(xiàng)目1H13CDEPTH-H COSYHSQC定量碳譜錫譜其他樣品信息特別聲明樣品返回： 否 是填寫要求：填寫要求：1-2.1-2.各項(xiàng)填寫清晰方便查找統(tǒng)計(jì)。各項(xiàng)填寫清晰方便查找統(tǒng)計(jì)。3-4.3-4.注明所用溶劑和需要測試的項(xiàng)目，必要時(shí)與分析人員溝通。注明所用溶劑和需要測試的項(xiàng)目，必要時(shí)與分析人員溝通。5.5.信息要詳細(xì)（包括原料、溶劑、添加劑、預(yù)期產(chǎn)物等），最好能與分析人員溝通。信息要詳細(xì)（包括原料、溶劑、添加劑、預(yù)期產(chǎn)物等），最好能與分析人員溝通。3 34 45 56 61 12 2樣品準(zhǔn)備樣品準(zhǔn)備v樣品量

7、樣品量一般對于一般對于1 1HNMRHNMR來說需要的量比較小，大概來說需要的量比較小，大概10mg10mg左右就左右就可以了，對于二維譜和碳譜濃度要比較大，最好可以了，對于二維譜和碳譜濃度要比較大，最好50mg50mg。v溶劑量溶劑量一般樣品的溶劑量為一般樣品的溶劑量為0.6ml0.6ml，大概在核磁管中的高度為，大概在核磁管中的高度為4cm4cm左右。溶劑量太小了會(huì)影響勻場，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的左右。溶劑量太小了會(huì)影響勻場，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的速度，和譜圖的效果。溶劑量太大了嘛，那就太浪費(fèi)速度，和譜圖的效果。溶劑量太大了嘛，那就太浪費(fèi)了。了。樣品準(zhǔn)備樣品準(zhǔn)備v核磁管核磁管首先盡量選用優(yōu)質(zhì)核磁管，還有就

8、是最好不要在核磁首先盡量選用優(yōu)質(zhì)核磁管，還有就是最好不要在核磁管上亂貼標(biāo)簽，這會(huì)導(dǎo)致核磁管軸向的不均衡，在樣管上亂貼標(biāo)簽，這會(huì)導(dǎo)致核磁管軸向的不均衡，在樣品旋轉(zhuǎn)的時(shí)候影響分辨率，還有可能打碎核磁管造成品旋轉(zhuǎn)的時(shí)候影響分辨率，還有可能打碎核磁管造成重大損失。重大損失。v化學(xué)位移標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位移標(biāo)準(zhǔn)在溶液中加入少量（一般不超過在溶液中加入少量（一般不超過0.10.1）四甲基硅烷）四甲基硅烷(TMS) (TMS) ，規(guī)定其位移常數(shù)，規(guī)定其位移常數(shù) TMSTMS=0=0。樣品準(zhǔn)備樣品準(zhǔn)備v溶劑的選擇溶劑的選擇原則：樣品易溶解，溶劑峰和樣品峰沒有重疊，粘度原則：樣品易溶解，溶劑峰和樣品峰沒有重疊，粘度低，并

9、且價(jià)格便宜。大家在選擇的時(shí)候主要是樣品的低，并且價(jià)格便宜。大家在選擇的時(shí)候主要是樣品的溶解性問題。溶解性問題。v常用的氘代試劑常用的氘代試劑氘代氯仿、氘代氘代氯仿、氘代DMSODMSO、氘代丙酮、重水、氘代苯、氘、氘代丙酮、重水、氘代苯、氘代代DMFDMF氘代甲醇等。氘代甲醇等。鎖場勻場鎖場勻場v氘代試劑的作用氘代試劑的作用試劑用氘代替氫是為了避免在氫譜上出現(xiàn)很強(qiáng)的溶劑峰，同試劑用氘代替氫是為了避免在氫譜上出現(xiàn)很強(qiáng)的溶劑峰，同時(shí)也為鎖場提供了條件。時(shí)也為鎖場提供了條件。v鎖場鎖場現(xiàn)在的磁體都是超導(dǎo)的，磁體不會(huì)絕對的穩(wěn)定，可能會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)在的磁體都是超導(dǎo)的，磁體不會(huì)絕對的穩(wěn)定，可能會(huì)出現(xiàn)微小的變化，

10、這種變化有時(shí)候?qū)?shí)驗(yàn)的影響是非常大的。因微小的變化，這種變化有時(shí)候?qū)?shí)驗(yàn)的影響是非常大的。因此現(xiàn)在的超導(dǎo)核磁的譜儀上都有鎖場的氘通道。通過對氘信此現(xiàn)在的超導(dǎo)核磁的譜儀上都有鎖場的氘通道。通過對氘信號(hào)的檢測，判斷磁場的變化，通過微小的附加電流來補(bǔ)償磁號(hào)的檢測，判斷磁場的變化，通過微小的附加電流來補(bǔ)償磁場的變化。場的變化。鎖場勻場鎖場勻場v勻場勻場通過通過“勻場勻場”來解決磁場在一定的空間范圍內(nèi)的不均勻性來解決磁場在一定的空間范圍內(nèi)的不均勻性( (相同的原子核在不同的空間位置會(huì)感受到不同的磁場強(qiáng)相同的原子核在不同的空間位置會(huì)感受到不同的磁場強(qiáng)度度) )?！皠驁鰟驁觥笔且环N補(bǔ)償靜磁場的不均勻性的過程

11、，通過是一種補(bǔ)償靜磁場的不均勻性的過程，通過調(diào)節(jié)各組勻場線圈中的電流，使之產(chǎn)生的附加電流能抵消調(diào)節(jié)各組勻場線圈中的電流，使之產(chǎn)生的附加電流能抵消靜磁場的不均勻。靜磁場的不均勻。鎖場勻場鎖場勻場v勻場對勻場對NMR實(shí)驗(yàn)的影響實(shí)驗(yàn)的影響鎖場勻場鎖場勻場n樣品溶液要有足夠的高度。樣品溶液要有足夠的高度。v影響鎖場勻場的因素：影響鎖場勻場的因素：n當(dāng)勻場效果不理想，又找不到原當(dāng)勻場效果不理想，又找不到原因時(shí)，可能是由于核磁管本身的因時(shí)，可能是由于核磁管本身的不均勻造成的不均勻造成的n樣品是否均勻溶解于整個(gè)溶液。樣品是否均勻溶解于整個(gè)溶液。n溶液中有無懸浮的不溶物。溶液中有無懸浮的不溶物。n溶液的粘度。

12、溶液的粘度。n溶液中是否有氣泡。溶液中是否有氣泡。n溶液中是否有溶液中是否有Fe3+、Cu2+這樣的這樣的順磁性離子。順磁性離子。NMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)v1 1H HNMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)v1313C CNMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)v1313C DEPTC DEPT（極化轉(zhuǎn)移增強(qiáng)）能夠區(qū)分不同種類碳原子通常使（極化轉(zhuǎn)移增強(qiáng)）能夠區(qū)分不同種類碳原子通常使用用POPO為為135135譜圖上譜圖上CHCH3 3和和CHCH的峰為正峰，的峰為正峰，CHCH2 2為負(fù)峰，季碳不為負(fù)峰，季碳不出峰。通過對比出峰。通過對比1313C C譜與譜與DEPTDEPT譜即可得出各種碳原子的個(gè)數(shù)。譜即可得出各種碳原子的個(gè)數(shù)

13、。DEPTNMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)vH-H COSYH-H COSY（同核位移相關(guān)譜）（同核位移相關(guān)譜）1 1H-H-1 1H H多鍵相關(guān)。多鍵相關(guān)。NMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)vHSQCHSQC（異核單量子相關(guān)）譜圖上顯示為（異核單量子相關(guān)）譜圖上顯示為1 1H-H-1313C C一鍵相關(guān)。一鍵相關(guān)。NMR常用實(shí)驗(yàn)常用實(shí)驗(yàn)vHMBCHMBC（異核多鍵相關(guān)）譜圖上顯示（異核多鍵相關(guān)）譜圖上顯示1 1H H核與核與1313C C核遠(yuǎn)程相關(guān)核遠(yuǎn)程相關(guān)（1 1J J、2 2J J、3 3J J）譜圖分析技巧譜圖分析技巧v峰面積峰面積峰面積與核的數(shù)目成正比，根據(jù)各峰組的面積比，可以推峰面積與核的數(shù)目成正比，根

14、據(jù)各峰組的面積比，可以推測各種核的數(shù)目比。測各種核的數(shù)目比。v化學(xué)位移化學(xué)位移 原子核由于化學(xué)環(huán)境所引起的核磁共振信號(hào)位置的變化。原子核由于化學(xué)環(huán)境所引起的核磁共振信號(hào)位置的變化。-COOH-COOH5.95.9CH4.94.9NHSHOHNHSH，對于交，對于交換速度慢的樣品可以多等一些時(shí)間再做換速度慢的樣品可以多等一些時(shí)間再做1 1H H譜。譜。優(yōu)點(diǎn)：隱藏在其它信號(hào)中的活潑氫信號(hào)可以被消除。優(yōu)點(diǎn)：隱藏在其它信號(hào)中的活潑氫信號(hào)可以被消除。缺點(diǎn)：一是需重新測定一次圖譜，二是較大的水峰干擾。缺點(diǎn)：一是需重新測定一次圖譜，二是較大的水峰干擾。 v鑒別活潑氫的常用方法鑒別活潑氫的常用方法譜圖分析技巧

15、譜圖分析技巧重重氫氫交交換換譜圖分析技巧譜圖分析技巧HSQCHSQCv鑒別活潑氫的常用方法鑒別活潑氫的常用方法因?yàn)榛顫姎洳缓吞贾苯酉噙B，故和碳沒有相關(guān)峰的質(zhì)子信號(hào)應(yīng)因?yàn)榛顫姎洳缓吞贾苯酉噙B，故和碳沒有相關(guān)峰的質(zhì)子信號(hào)應(yīng)是活潑氫的峰。所以當(dāng)一個(gè)化合物同時(shí)有是活潑氫的峰。所以當(dāng)一個(gè)化合物同時(shí)有1HNMR1HNMR和和H-CCOSY H-CCOSY 譜譜的話，就不必刻意由的話，就不必刻意由1HNMR1HNMR譜識(shí)別活潑氫信號(hào)，兩種譜結(jié)合起譜識(shí)別活潑氫信號(hào)，兩種譜結(jié)合起來問題就容易的多。來問題就容易的多。優(yōu)點(diǎn)：不用取出樣品樣品，省去再處理和重新鎖場勻場的間。優(yōu)點(diǎn)：不用取出樣品樣品，省去再處理和重新鎖場

16、勻場的間。缺點(diǎn)：當(dāng)缺點(diǎn)：當(dāng)1HNMR1HNMR譜上活潑氫與其它峰有重疊時(shí)，不容易鑒別。譜上活潑氫與其它峰有重疊時(shí)，不容易鑒別。譜圖分析技巧譜圖分析技巧HSQCHSQCv鑒別活潑氫的常用方法鑒別活潑氫的常用方法譜圖分析技巧譜圖分析技巧N NH2NCOOHCF327.37.47.57.67.77.87.98.08.18.28.3ppm7.2727.2937.3657.3867.5857.9637.9838.0308.0338.1178.1388.1601.0911.0001.0161.0171.0583.109HSQCHSQCv鑒別活潑氫的常用方法鑒別活潑氫的常用方法譜圖分析技巧譜圖分析技巧v鑒別活潑氫的常用方法鑒別活潑氫的常用方法變溫實(shí)