一文看懂核磁共振波譜儀

一文看懂核磁共振波譜儀演講人2021-01-03原理01原理核磁共振譜來源于原子核能級間的躍遷。只有置于強(qiáng)磁場中的某些原子核才會發(fā)生能級分裂，當(dāng)吸收的輻射能量與核能級差相等時，就發(fā)生能級躍遷而產(chǎn)生核磁共振信號。用一定頻率的電磁波對樣品進(jìn)行照射，可使特定化學(xué)結(jié)構(gòu)環(huán)境中的原子核實現(xiàn)共振躍遷，在照射掃描中記錄發(fā)生共振時的信號位置和強(qiáng)度，就得到核磁共振譜。核磁共振譜上的共振信號位置反映樣品分子的局部結(jié)構(gòu)（如官能團(tuán)，分子構(gòu)象等），信號強(qiáng)度則往往與有關(guān)原子核在樣品中存在的量有關(guān)。特點(diǎn)02特點(diǎn)核磁共振波普法具有精密、準(zhǔn)確、深入物質(zhì)內(nèi)部而不破壞被測樣品的特點(diǎn)。此外，核磁共振是目前唯一能夠確定生物分子溶液三維結(jié)構(gòu)的實驗手段。核磁共振譜圖核磁共振及數(shù)據(jù)輸出核磁共振波譜儀按工作方式可分為兩種：連續(xù)波核磁共振譜儀(CW-NMR)射頻振蕩器產(chǎn)生的射頻波按頻率大小有順序地連續(xù)照射樣品，可得到頻率譜；脈沖傅立葉變換譜儀（PET-NMR）射頻振蕩器產(chǎn)生的射頻波以窄脈沖方式照射樣品，得到的時間譜經(jīng)過傅立葉變換得出頻率譜。特點(diǎn)脈沖傅立葉變換譜儀（PET-NMR）射頻振蕩器產(chǎn)生的射頻波以窄脈沖方式照射樣品，得到的時間譜經(jīng)過傅立葉變換得出頻率譜。連續(xù)波核磁共振譜儀由磁場、探頭、射頻發(fā)射單元、射頻、磁場掃描單元、[k1][WU2]射頻檢測單元、數(shù)據(jù)處理儀器控制六個部分組成。磁鐵用來產(chǎn)生磁場，主要有三種：頻率大的儀器，分辨率好、靈敏度高、圖譜簡單易于分析。連續(xù)波核磁共振譜儀結(jié)構(gòu)圖相關(guān)閱讀：連續(xù)波核磁共振譜儀原理圖特點(diǎn)脈沖傅立葉變換譜儀（PET-NMR）射頻振蕩器產(chǎn)生的射頻波以窄脈沖方式照射樣品，得到的時間譜經(jīng)過傅立葉變換得出頻率譜。脈沖傅立葉變換譜儀原理圖優(yōu)缺點(diǎn)對比03優(yōu)缺點(diǎn)對比測定對象元素04測定對象元素NMR波譜按照測定對象分類可分為：1H-NMR譜（測定對象為氫原子核）、13C-NMR譜及氟譜、磷譜、氮譜等。根據(jù)譜圖確定出化合物中不同元素的特征結(jié)構(gòu)。有機(jī)化合物、高分子材料都主要由碳?xì)浣M成，所以在材料結(jié)構(gòu)與性能研究中，以1H譜和13C譜應(yīng)用最為廣泛。可測試的性能05除了運(yùn)用在醫(yī)學(xué)成像檢查方面，在分析化學(xué)和有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)研究及材料表征中運(yùn)用最多。有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定一般根據(jù)化學(xué)位移鑒定基團(tuán)；由耦合分裂峰數(shù)、偶合常數(shù)確定基團(tuán)聯(lián)結(jié)關(guān)系；根據(jù)各H峰積分面積定出各基團(tuán)質(zhì)子比。核磁共振譜可用于化學(xué)動力學(xué)方面的研究，如分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，化學(xué)交換等，因為它們都影響核外化學(xué)環(huán)境的狀況，從而譜圖上都應(yīng)有所反映。高分子材料的NMR成像技術(shù)核磁共振成像技術(shù)已成功地用來探測材料內(nèi)部的缺陷或損傷，研究擠塑或發(fā)泡材料，粘合劑作用，孔狀材料中孔徑分布等?？梢员挥脕砀倪M(jìn)加工條件，提高制品的質(zhì)量。多組分材料分析可測試的性能可測試的性能材料的組分比較多時，每種組分的NMR參數(shù)獨(dú)立存在，研究聚合物之間的相容性，兩個聚合物之間的相同性良好時，共混物的馳豫時間應(yīng)為相同的，但相容性比較差時，則不同，利用固體NMR技術(shù)測定聚合物共混物的馳豫時間，判定其相容性，了解材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及性能優(yōu)異性。此外，在研究聚合物還用于研究聚合反應(yīng)機(jī)理、高聚物序列結(jié)構(gòu)、未知高分子的定性鑒別、機(jī)械及物理性能分析等等。疑難解答06疑難解答元素周期表中所有元素都可以測出核磁共振譜嗎？07元素周期表中所有元素都可以測出核磁共振譜嗎？不是。首先，被測的原子核的自旋量子數(shù)要不為零；其次，自旋量子數(shù)最好為1/2（自旋量子數(shù)大于1的原子核有電四極矩，峰很復(fù)雜）；第三，被測的元素（或其同位素）的自然豐度比較高（自然豐度低，靈敏度太低，測不出信號）。配制樣品為什么要用氘代試劑？怎樣選擇氘代試劑？08配制樣品為什么要用氘代試劑？怎樣選擇氘代試劑？因為測試時溶劑中的氫也會出峰，溶劑的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樣品的量，溶劑峰會掩蓋樣品峰，所以用氘取代溶劑中的氫，氘的共振峰頻率和氫差別很大，氫譜中不會出現(xiàn)氘的峰，減少了溶劑的干擾。在譜圖中出現(xiàn)的溶劑峰是氘的取代不完全的殘留氫的峰。另外，在測試時需要用氘峰進(jìn)行鎖場。由于氘代溶劑的品種不是很多，要根據(jù)樣品的極性選擇極性相似的溶劑，氘代溶劑的極性從小到大是這樣排列的：苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亞砜、吡啶、甲醇、水。還要注意溶劑峰的化學(xué)位移，最好不要遮擋樣品峰。解析合成化合物的譜、植物中提取化合物的譜和未知化合物的譜，思路有什么不同？09解析合成化合物的譜、植物中提取化合物的譜和未知化合物的譜，思路有什么不同？合成化合物的結(jié)果是已知的，只要用譜和結(jié)構(gòu)對照就可以知道化合物和預(yù)定的結(jié)構(gòu)是否一致。對于植物中提取化合物的譜，首先應(yīng)看是哪一類化合物，然后用已知的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)對照，看是否為已知物，如果文獻(xiàn)中沒有這個數(shù)據(jù)則繼續(xù)測DEPT譜和二維譜，推出結(jié)構(gòu)。對于一個全未知的化合物，除測核磁共振外，還要結(jié)合質(zhì)譜、紅外、紫外和元素分析，一步步推測結(jié)構(gòu)。常見問題解答10常見問題解答ABCDEF共振氘代試劑需要多少樣品量？測試樣品是否必須家TMS？用哪些氘代試劑測出的氫譜上看不到活潑氫的峰？配制樣品為什么要用氘代試劑？怎樣選擇氘代試劑？怎樣做重水交換？可以使用混合氘代試劑嗎？為什么氘代丙酮、氘代DMSO（二甲亞砜）的溶劑峰為五重峰？常見問題解答共振氘代試劑需要多少樣品量？不同場強(qiáng)需要的樣品量不同，如300兆核磁、分子量是幾百的樣品，測氫譜大約需要2mg以上的樣品，測碳譜大約需要10mg以上。600兆核磁測氫譜大約需要幾百微克。常見問題解答因為測試時溶劑中的氫也會出峰，溶劑的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樣品的量，溶劑峰會掩蓋樣品峰，所以用氘取代溶劑中的氫，氘的共振峰頻率和氫差別很大，氫譜中不會出現(xiàn)氘的峰，減少了溶劑的干擾。在譜圖中出現(xiàn)的溶劑峰是氘的取代不完全的殘留氫的峰。另外，在測試時需要用氘峰進(jìn)行鎖場。由于氘代試劑的品種不是很多，要根據(jù)樣品的極性選擇極性相似的溶劑，氘代試劑的極性從小到大是這樣排列的：苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亞砜、吡啶、甲醇、水。還要注意溶劑峰的化學(xué)位移，zui好不要遮擋樣品峰。常見問題解答配制樣品為什么要用氘代試劑？怎樣選擇氘代試劑？測試樣品是否必須家TMS？常見問題解答測試樣品加TMS（四甲基硅烷）是作為定化學(xué)位移的標(biāo)尺，也可以不加TMS到氘代試劑中而用溶劑峰作標(biāo)尺。怎樣做重水交換？為了確定活潑氫，要做重水交換。方法是：測完樣品的氫譜后，向樣品管中滴幾滴重水，振搖一下，再測氫譜，譜中的活潑氫就消失了。酰胺類的氨基氫交換得很慢，需要長時間放置再測譜。常見問題解答用哪些氘代試劑測出的氫譜上看不到活潑氫的峰？常見問題解答甲醇、水、三氟醋酸都有重水交換作用，看不到活