核磁實驗報告

1、核磁共振分析測試技術實驗報告實驗名稱：核磁共振姓名：學號：_ 專業(yè)：實驗日期：2021.10.10指導老師：成績：1、掌握核磁共振的一股原理；2、了解核磁儀器的使用方法；3、掌握核磁氫譜碳譜譜圖的解析方法.二、實驗原理原子核除具有電荷和質量外,約有半數以上的元素的原子核還能自旋. 由于原 子核是帶正電荷的粒子,它自旋就會產生一個小磁場.具有自旋的原子核處于一 個均勻的固定磁場中,它們就會發(fā)生相互作用,結果會使原子核的自旋軸沿磁場 中的環(huán)形軌道運動,這種運動稱為進動.自旋核的進動頻率0與外加磁場強度Ho成正比,即o=yHo,式中丫為旋磁 比,是一個以不同原子核為特征的常數,即不同的原子核各有其固

2、有的旋比T ,這就是利用核磁共振波譜儀進行定性分析的依據.從上式可以看出,如果自旋核處于一個磁場強度Ho的固定磁場中,設法測出其進動頻率CD0,就可以求出旋磁 比T ,從而到達定性分析的目的.同時,還可以保持 0不變,測量H.,求出T , 實現定性分析.4的曲靖幢出三忠得濟|£鵬Jffl圖1核磁共振波譜儀原理圖核磁共振波譜儀就是在這一根底上,利用核磁共振的原理進行測量的核磁共振 廣泛用于化合物的結構測定,定量分析和動物學研究等方面.它與紫外、紅外、 質譜和元素分析等技術配合,是研究測定有機和無機化合物的重要工具.如果有一束頻率為的電磁輻射照射自旋核,當=30時,那么自旋核將吸收其 輻

3、射能而產生共振,即所謂核磁共振.吸收能量的大小取決于核的多少. 這一事 實,除為測量丫提供途徑外,也為定量分析提供了根據.具體的實現方法是： 在固定磁場H0上附加一個可變的磁場.兩者疊加的結果使有效磁場在一定范圍內 變化,即H.在一定范圍內可變.另置一能量和頻率穩(wěn)定的射頻源, 它的電磁輻射 照射在處于磁場中的樣品上,并用射頻接收器測量經樣品吸收后的射頻輻射能.在樣品無吸收時,那么接收的能量為一定值；如果有吸收,就會給出一個能量吸收 信號.但吸收的條件必須是射頻的頻率 =3 0.射頻的頻率是固定的,要使具有 不同丫值的不同原子核都能吸收輻射能,就只有改變 H0,使不同的自旋核在相 應的某一特定的

4、Ho時具有相同的并與射頻頻率相等的進動頻率, 即= 30.這樣, 不同的自旋核都可以在某一特征的磁場強度下吸收射頻輻射能而產生核磁共振. 因此,用改變磁場強度的方法進行掃描,接收器就可以給出一系列的以磁場強度 實際上是以旋磁比為特征的吸收信號.以磁場強度為橫坐標,以吸收能量為縱 坐標繪出的曲線就是核磁共振波譜圖.其中橫坐標就是定性分析所依據的參數, 縱坐標對應于不同Ho的出峰面積就是定量分析參數.三、實驗儀器本次實驗使用的是JEOL公司JNM-ECZ系歹400MHz超導傅里葉變化核磁共振 波譜儀.四、儀器構造、組成下列圖是JEOL400MHz核磁共振波譜儀結構及組成.整個系統(tǒng)由機體、主機柜和

5、限制臺組成.限制臺發(fā)出的電磁信號經主機柜轉化為模擬信號, 從而限制機體完 成實驗的過程；機體檢測器采集的模擬信號經主機柜轉為電信號, 范圍到限制臺, 保存為核磁波譜圖.機體由超導磁體、進樣器、檢測器等組成,超導磁體是核磁波譜儀的核心部件, 用來產生儀器工作所需的磁場,為保持穩(wěn)定,超導磁體的周圍有36組線圈,用以 補償不均勻的的磁場.超導磁體的周圍有液氮和液氮的冷卻池,用來保持超導磁 體所需的低溫環(huán)境液氮約每星期補充一次,液氮約一年補充一次.檢測器由發(fā) 射線圈和接收線圈組成,用以檢測樣品的核磁信號.圖2核磁共振波譜儀結構及組成五、實驗步驟1 .樣品制備,對于固體樣品,如果使用 5mm樣品管,根據

6、豐度,氫譜質量分數 5%-10%, 碳譜20%左右.1H-NMR譜樣品幾毫克至幾十毫克, 對于13C-NMR譜那么要適量增加樣品質量.參加0.5mL左右笊代試劑,混合均勻,用生料帶封住管口,減少溶劑揮發(fā).蓋上核磁管帽, 做好標記.2 .將樣品管插入轉子,調整樣品管的高度,樣品管插入深度與量筒的底部相平. 如果液體較少,那么使液體中刻度與量筒刻度齊平.3 .將轉子按序列放入進樣器,在限制臺中編制樣品名稱、序號、溶劑、檢測種 類和其他參數.設置完成后提交,開始測試.4 .在實驗記錄本上對實驗進行記錄.并在測試結束后將樣品管取下.測試過程中,儀器會經歷6個步驟： .Load!樣：通過壓縮空氣使樣品進

7、入機體； .ATM調諧 .Lock鎖場：根據相應的笊代溶劑,進行鎖場,已消除電磁波漂移或電磁體的不穩(wěn)定情況； .Shim勻場：保持穩(wěn)定均勻地磁場； .Acq采集：采集核磁信號； .Proc#理：限制臺對譜圖進行自動處理.測試完成后,對所的譜圖進行處理：1. Adjust phased整相位：將譜圖變形的相位調回最正確的對稱位置；2. Calibrate axisif圖校準：通過TMSi或溶劑對核磁譜圖進行校準；3. Pick peak標峰：標識出峰的位置；4. Integrate peak積分：計算對應峰的大小,并選擇其中峰型較好的作為基準.5. Plot打印：調整譜圖范圍,打印譜圖.六、試驗

8、數據處理及分析Chemical Formula: C20II20O4Exact Mass: 324.1362Molecular Weight: 324.3704ChemNMR 1H EstimationEstimation quality is indicated by color: good, medium, roughChemNMR 13C EstimationEstimation quality is indicatedby color: good, rrediumT rough200180lloIj nr14012010080504020PPM圖3化合物預測氫譜和碳譜七、考前須知：制樣

9、中的注意點(1)要得到高分辨率的譜圖,樣品溶液中絕對不能有懸浮的灰塵和纖維,情況下用棉花和濾紙把樣品直接過濾到樣品管中.(2)測試微量樣品時,要帶手套處理樣品,以預防手指上的微量懸浮物溶在溶液中,否那么1 H-NMR譜中1,4ppm mm會出現一個7Hz裂分的雙峰, 可能來自的量比擬小,大概幾個毫微摩爾 最好有幾十個毫摩爾.溶劑峰和樣品峰沒有重疊,黏度丙氨酸或者乳酸.(3)限制樣品量,一般對于1 H-NMR來說需要就可以了,對于二纖維譜和碳譜濃度就要比擬大, (4)笊代溶劑選擇時需要注意使樣品容溶解,低,并且價格廉價.0.5ml,大概在核磁管中的長度為(5)限制溶劑量,一般樣品的溶劑量應該為

10、4cm左右,溶劑量太小會影響勻場,進而影響實驗的濃度和譜圖的效果,溶劑 量太大會導致浪費.(6)盡量選用優(yōu)質核磁樣品管,樣品管必需清洗干凈,無殘留溶劑和雜質,以免影響測試結果, 并且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,在樣品旋轉時影響mm分別率,還有可能大碎核磁管造成重大損失. 其它注意點：(7)樣品在磁場的位置很重要,應保證處在磁場的幾何中央,除非有其它要求.(8)注意將磁性物體遠離磁體,它們可能對磁體、勻場線圈和探頭造成嚴重損 壞,盛裝低溫液體的同心杜瓦可能被強力撞裂.八、思考題1 .產生核磁共振的必要條件是什么？答：1.原子核必須具有核磁性質,即必須是磁性核 (或稱自

11、旋核)具有自旋現 象,自旋量子數不為 002 .需要有外加磁場,磁性核在外磁場作用下發(fā)生核自旋能級的躍遷,從低能態(tài)躍 遷至高能態(tài)需吸收能量,外加磁場能量要足夠大,場強足夠強.3 .只有那些能量與核自旋能級能量差相同的電磁輻射才能被共振吸收, 這就是核 磁共振波譜的選擇性. 由于核磁能級的能量差很小, 所以共振吸收的電磁輻射 波長較長, 處于射頻輻射光區(qū).2. NMR中化學位移是否隨外加磁場改變而改變,為什么？答：化學位移是依賴于磁場強度的. 為了使化學位移不依賴于磁場強度, 通常用 6來表示：5 = '" 樣品-"TMS |X106核磁共振儀所用頻率!3 .核磁共振波譜圖的峰高是否能作為質子比的可靠量度？積