仪器分析实验实验49核磁共振波谱法ppt课件

1、编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月核磁共振波谱法核磁共振波谱法一、一、NMR三要素三要素二、二、NMR的根本信息及的根本信息及NMR谱图解析谱图解析三、三、NMR谱仪构造谱仪构造四、四、NMR实验操作步骤实验操作步骤编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月一一 NMR的三要素的三要素-磁性核、静磁场、射频场磁性核、静磁场、射频场磁性原子核磁性原子核:质子数或中子数为奇数的原子核具有自质子数或中子数为奇数的原子核具有自旋角动量旋角动量, 当原子核自旋时当原子核自旋时,相当于核外表的正电荷在相

2、当于核外表的正电荷在运动，运动的电荷即电流会感应产生磁场，因此，运动，运动的电荷即电流会感应产生磁场，因此，每一个自旋的原子核相当于一个磁偶极子每一个自旋的原子核相当于一个磁偶极子,自旋的原自旋的原子核也称为磁性核。例如子核也称为磁性核。例如1H, 13C, 19F等。等。=编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月一一 NMR的三要素的三要素-磁性核、静磁场、射频场磁性核、静磁场、射频场静磁场静磁场:没有外加静磁场时，原子核的自旋是恣意取没有外加静磁场时，原子核的自旋是恣意取向的，样品的宏观磁矩为零。当把含磁性核的样品向的，样品的宏观磁矩为零。当把含磁性核的样品放入静磁场时

3、，对于自旋放入静磁场时，对于自旋I1/2的原子核，核自旋有的原子核，核自旋有两种取向：一种与外加静磁场平行，原子核的能量两种取向：一种与外加静磁场平行，原子核的能量降低；另一种与外加静磁场反平行，原子核的能量降低；另一种与外加静磁场反平行，原子核的能量升高，即原子核产生能级分裂。升高，即原子核产生能级分裂。编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月一一 NMR的三要素的三要素-磁性核、静磁场、射频场磁性核、静磁场、射频场 射频场射频场: 假设在垂直于外加静磁场的方向加一射频场，假设在垂直于外加静磁场的方向加一射频场，当射频场的角频率满足当射频场的角频率满足 时，原子核产生共振

4、吸时，原子核产生共振吸收信号，其中收信号，其中 为为Planck常数常数, 为原子核的旋磁比、为原子核的旋磁比、 为外加静磁场的强度。为外加静磁场的强度。 0EhB0Bh编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月几种核的几种核的NMR频率表频率表核核 自旋自旋自然自然丰度丰度(%)灵敏度灵敏度场强场强(T)与与NMR频率频率(MHz)相对相对绝对绝对1.4092.1142.3497.0469.39511.7441H1/2 99.981.001.0060.000 100.000200.000300.000 400.000 500.0006Li1 7.42 8.5E-3 6.31

5、E-4 8.829 14.716 29.431 44.146 58.89273.5787Li3/2 92.580.290.2723.318 38.863 77.727 116.590 155.454 194.31713C1/2 1.108 1.59E-2 1.76E-4 15.087 25.144 50.288 75.432 100.577 125.72127Al 5/2 1000.210.2115.634 26.057 52.114 78.172 104.29130.2829Si 1/2 4.90 7.84E-3 3.69E-4 11.919 19.865 39.730 59.595 79.

6、46099.32551V7/2 99.760.380.3815.773 26.289 52.576 78.864 105.152 131.44编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月二二 NMR谱的根本信息谱的根本信息化学位移化学位移自旋耦合自旋耦合谱线积分面积谱线积分面积编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月1 化学位移化学位移:Chemical Shift B0 Blocala bare nucleus (H+)feels the full effect ofthe external fi

7、eld (B0)electron density partiallyshields the nucleus fromB0 so it “feels Blocal electrons generate aninduced field (Bi)which opposes B0 Bi编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月1 化学位移化学位移:Chemical Shift由于原子核外有电子屏蔽，原子核感遭到的是所处环境局由于原子核外有电子屏蔽，原子核感遭到的是所处环境局域场的磁场强度域场的磁场强度 ，其中，其中 为屏蔽常数，为屏蔽常数，随着原子核所处的化学环境变化而变化随着原子核

8、所处的化学环境变化而变化. .因此，当原子核所因此，当原子核所处的化学环境不同时，原子核感遭到的磁场强度不同，因处的化学环境不同时，原子核感遭到的磁场强度不同，因此共振频率不同，谱峰落在不同的位置上。换言之，原子此共振频率不同，谱峰落在不同的位置上。换言之，原子核的共振频率与原子核所处的化学环境有关，即与屏蔽常核的共振频率与原子核所处的化学环境有关，即与屏蔽常数有关。数有关。 01localBB编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月2 自旋耦合自旋耦合 自旋原子核经过成键电子相互作用，引起谱线自旋原子核经过成键电

9、子相互作用，引起谱线裂分。对自旋裂分。对自旋I I1/21/2的弱耦合体系，满足的弱耦合体系，满足n n1 1裂裂分规那么，即一个自旋分规那么，即一个自旋I I1/21/2的原子核，假设与的原子核，假设与n n个自旋个自旋I I1/21/2的原子核相互耦合，那么该原子的原子核相互耦合，那么该原子核的谱峰将裂分为核的谱峰将裂分为n n1 1重峰，各峰的强度比满足重峰，各峰的强度比满足二项式展开系数。二项式展开系数。编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月ethylisopropylsinglet doublet triplet quartet pentet 1:1 1:2:1

10、 1:3:3:1 1:4:6:4:1常见的耦合裂分方式常见的耦合裂分方式ethyl signature: quartet / tripletwith integration ratio of 2 / 3septet / doublet & 1 / 6 ratio编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月3 积分面积积分面积 谱线积分值与共振核的个数成正比，这是谱线积分值与共振核的个数成正比，这是NMRNMR谱可以定量分析分子中共振核的个数的根谱可以定量分析分子中共振核的个数的根据。如图五据。如图五Ethyl formate Ethyl formate 的的1H1HNM

11、RNMR谱中，谱中，CH3CH3、CH2CH2、CHCH的积分面积分别为的积分面积分别为3 3、2 2、1 1，分别对应于共振核个数，分别对应于共振核个数3 3、2 2、1 1。 编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月三三 NMR谱仪构造图谱仪构造图编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月400 MHz NMR Spectrometer400 MHz Avance System计算机电子控制柜超导体编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月400 MHz Superconducting Magnet magnetic field st

12、rength 9.4 Tesla (94,000 gauss)400 MHz is the frequency usedfor proton detection in this fieldNMR sample tube and holderdescend into center of magnetKeep metal (ferromagnetic)objects, pacemakers, and credit cards several feet away!编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月NMR Sample Position(prior to release in

13、to probe)Liquid Helium-269C (4.2 K)Liquid Nitrogen-196C (77.4 K)NMR samplepositioned at top of probeSuperconducting magnetsrequire continuous cooling.5 mm NMRsample tubeRF energyupper levelof NMR solution编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月探头探头超导磁体横切面图超导磁体横切面图超导磁体剖面图超导磁体剖面图编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月四四

14、 1 NMR实验平安实验平安机械表机械表,磁卡磁卡,含铁的工具含铁的工具,装有心脏起博器和人工假肢装有心脏起博器和人工假肢等不可接近磁体等不可接近磁体.编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月四四 1 NMR实验平安实验平安操作本卷须知操作本卷须知样品管洗干净后自然晾干、以免它变形样品管洗干净后自然晾干、以免它变形将样品管插入转子的步骤如以下图所示将样品管插入转子的步骤如以下图所示,样品管底部样品管底部最多只能放到样品规的底部最多只能放到样品规的底部,而且液柱中心应与黑色而且液柱中心应与黑色中心线对齐中心线对齐.将样品管插入转子的步骤将样品管插入转子的步骤样品管在探头中的位置样品管在探头中的位置编写编写:廖新丽博士廖新丽博士日期日期:2006年年11月月四四 1 NMR实验平安实验平安放样步骤放样步骤键入键入 ro off停顿腔内样品旋转停顿腔内样品旋转键入键入ej， 翻开紧缩空气闸门