核磁共振(NMR)培訓

1、核磁共振(NMR)培訓,適用范圍 核磁共振原理 儀器組成,第一章 儀器介紹,NMR是研究原子核對射頻輻射的吸收，它是對各種有機和無機物的成分、結(jié)構進行定性分析的最強有力的工具之一，有時亦可進行定量分析。 儀器配備ATMA功能BBFO探頭（帶有自動調(diào)諧功能，可在無人干預狀態(tài)下進行多種核的NMR實驗）。 可測試液體樣品或能溶于氘代試劑的固體樣品。 測試范圍1H109Ag。 1H、13C、DEPT、H-H COSY、HSQC、HMBC等,適應范圍,原理,在強磁場中，原子核發(fā)生振動能級分裂 當吸收外來電磁輻射時，將發(fā)生核振動能級的躍遷-產(chǎn)生所謂NMR現(xiàn)象。,原理,(1)I=0的原子核16O、12C、2

2、2S等 ，無自旋，沒有磁矩，不產(chǎn)生共振吸收 (2)I=1或I0的原子核 I=1 ： 2H,14N I=3/2: 11B,35Cl,79Br,81Br I=5/2：17O,127I 這類原子核的核電荷分布可看作一個橢圓體，電荷分布不均勻，共振吸收復雜，研究應用較少； (3)1/2的原子核 1H，13C，19F，31P 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。,液氮： -196，保持液氦溫度，減少液氦損失。,液氦： -269，提供超低溫環(huán)境。,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1H核）低頻接受線圈在內(nèi)。反向探

3、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)嶒灐?儀器組成,超導磁體： 鈮鈦或鈮錫合金等超導材料制備的超導線圈；在低溫4K，處于超導狀態(tài);開始時，大電流一次性勵磁后，閉合線圈，產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，長年保持不變。,送樣要求 樣品準備 鎖場勻場的作用 NMR常用實驗 譜圖分析技巧,第二章 實驗流程,送樣要求,填寫要求： 1-2.各項填寫清晰方便查找統(tǒng)計。 3-4.注明所用溶劑和需要測試的項目，必要時與分析人員溝通。 5.信息要詳細（包括原料、溶劑、添加劑、預期產(chǎn)物等），最好能與分析人員溝通。,樣品準備,樣品量 一般對于1HNMR來說需要的量比較小，大概10mg左右就可以了，對于二維譜和碳譜濃

4、度要比較大，最好50mg。 溶劑量 一般樣品的溶劑量為0.6ml，大概在核磁管中的高度為4cm左右。溶劑量太小了會影響勻場，進而影響實驗的速度，和譜圖的效果。溶劑量太大了嘛，那就太浪費了。,樣品準備,核磁管 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簽，這會導致核磁管軸向的不均衡，在樣品旋轉(zhuǎn)的時候影響分辨率，還有可能打碎核磁管造成重大損失。 化學位移標準 在溶液中加入少量（一般不超過0.1）四甲基硅烷(TMS) ，規(guī)定其位移常數(shù)TMS=0。,樣品準備,溶劑的選擇 原則：樣品易溶解，溶劑峰和樣品峰沒有重疊，粘度低，并且價格便宜。大家在選擇的時候主要是樣品的溶解性問題。 常用的氘代試

5、劑 氘代氯仿、氘代DMSO、氘代丙酮、重水、氘代苯、氘代DMF氘代甲醇等。,鎖場勻場,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)很強的溶劑峰，同時也為鎖場提供了條件。 鎖場 現(xiàn)在的磁體都是超導的，磁體不會絕對的穩(wěn)定，可能會出現(xiàn)微小的變化，這種變化有時候?qū)嶒灥挠绊懯欠浅４蟮?。因此現(xiàn)在的超導核磁的譜儀上都有鎖場的氘通道。通過對氘信號的檢測，判斷磁場的變化，通過微小的附加電流來補償磁場的變化。,鎖場勻場,勻場 通過“勻場”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感受到不同的磁場強度)。“勻場”是一種補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

6、之產(chǎn)生的附加電流能抵消靜磁場的不均勻。,鎖場勻場,勻場對NMR實驗的影響,鎖場勻場,樣品溶液要有足夠的高度。,影響鎖場勻場的因素：,當勻場效果不理想，又找不到原因時，可能是由于核磁管本身的不均勻造成的,樣品是否均勻溶解于整個溶液。,溶液中有無懸浮的不溶物。,溶液的粘度。,溶液中是否有氣泡。,溶液中是否有Fe3+、Cu2+這樣的順磁性離子。,NMR常用實驗,1H,NMR常用實驗,13C,NMR常用實驗,13C DEPT（極化轉(zhuǎn)移增強）能夠區(qū)分不同種類碳原子通常使用PO為135譜圖上CH3和CH的峰為正峰，CH2為負峰，季碳不出峰。通過對比13C譜與DEPT譜即可得出各種碳原子的個數(shù)。,DEPT,

7、NMR常用實驗,H-H COSY（同核位移相關譜）1H-1H多鍵相關。,NMR常用實驗,HSQC（異核單量子相關）譜圖上顯示為1H-13C一鍵相關。,NMR常用實驗,HMBC（異核多鍵相關）譜圖上顯示1H核與13C核遠程相關（1J、2J、3J）,譜圖分析技巧,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，可以推測各種核的數(shù)目比。,化學位移 原子核由于化學環(huán)境所引起的核磁共振信號位置的變化。,-COOH,5.9,4.9,3.9,3.6,2.2,0.8,1.2,一、氫譜分析,譜圖分析技巧,耦合常數(shù) 溶劑峰 氘代試劑中未被氘代的氫。 常用氘代試劑的化學位移： CDCl3-7.26ppm、DMS

8、O-2.50ppm、D2O-4.7ppm、丙酮-2.05ppm 雜質(zhì)峰 雜質(zhì)含量相對于樣品少，所以雜質(zhì)峰面積較小且與樣品 峰面積沒有簡單的整數(shù)比關系。,C-H （1J）,H-C-H （2J）,CH-CH （3J）,譜圖分析技巧,溶劑效用 溶劑的種類、樣品溶液的濃度、pH值等，對核的屏蔽產(chǎn)生相當?shù)挠绊?。（圖例為H2O在不同溶劑中的化學位移變化）,3.33.5ppm,1.6ppm,D2O 4.7ppm,DMSO,CDCl3,譜圖分析技巧,二、如何鑒別活潑氫,在1HNMR圖譜中活潑氫信號變化多端，有的峰尖銳，有的峰較 寬，有的峰積分面積明顯較小，有的峰和其它質(zhì)子信號重疊， 有的峰幾乎與圖譜基線一致等

9、。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因一般分兩 類情況，一是分子結(jié)構引起的，如羧基的活潑氫、螯合的羥基 烯醇羥基、酰胺的活潑氫和一些交換速度比較慢的活潑氫一般 表現(xiàn)為寬單峰，交換速度快的活潑氫表現(xiàn)為比較尖銳的單峰羥 基質(zhì)子和同碳氫發(fā)生偶合時則表現(xiàn)為三重峰或二重峰。二是與 樣品濃度、溫度、溶劑、樣品中的水分等因素有關。,譜圖分析技巧,活潑氫的化學位移范圍（-OH、-NH、-SH） 活潑氫的化學位移變化范圍較大，不容易辨認。,譜圖分析技巧,重氫交換 經(jīng)常使用重水（D2O）。如果樣品含有活潑氫，在作完1H譜后加幾滴重水，振蕩，再做一次1H譜，由于活潑氫被氘取代，相應的譜峰消失。交換反應速度的順序為OHNHSH，對于交

10、換速度慢的樣品可以多等一些時間再做1H譜。 優(yōu)點：隱藏在其它信號中的活潑氫信號可以被消除。 缺點：一是需重新測定一次圖譜，二是較大的水峰干擾。,鑒別活潑氫的常用方法,譜圖分析技巧,重氫交換,譜圖分析技巧,HSQC,鑒別活潑氫的常用方法,因為活潑氫不和碳直接相連，故和碳沒有相關峰的質(zhì)子信號應 是活潑氫的峰。所以當一個化合物同時有1HNMR和H-CCOSY 譜 的話，就不必刻意由1HNMR譜識別活潑氫信號，兩種譜結(jié)合起 來問題就容易的多。 優(yōu)點：不用取出樣品樣品，省去再處理和重新鎖場勻場的間。 缺點：當1HNMR譜上活潑氫與其它峰有重疊時，不容易鑒別。,譜圖分析技巧,HSQC,鑒別活潑氫的常用方法,譜圖分析技巧,HSQC,鑒別活