核磁实验报告

1、核磁共振分析测试技术实验报告实验名称：核磁共振姓名：学号：专业：实验日期： 2017.10.10指导老师：成绩： 一、实验目的：1、掌握核磁共振的一般原理；2、了解核磁仪器的使用方法；3、掌握核磁氢谱碳谱谱图的解析方法。二、实验原理原子核除具有电荷和质量外， 约有半数以上的元素的原子核还能自旋。由于原子核是带正电荷的粒子， 它自旋就会产生一个小磁场。 具有自旋的原子核处于一个均匀的固定磁场中， 它们就会发生相互作用， 结果会使原子核的自旋轴沿磁场中的环形轨道运动，这种运动称为进动。自旋核的进动频率 0与外加磁场强度 H0成正比，即 0= H0，式中为旋磁比，是一个以不同原子核为特征的常数，即不

2、同的原子核各有其固有的旋比， 这就是利用核磁共振波谱仪进行定性分析的依据。从上式可以看出， 如果自旋核处于一个磁场强度 H0的固定磁场中，设法测出其进动频率0，就可以求出旋磁 比 ，从而达到定性分析的目的。同时，还可以保持 0不变，测量H0，求出， 实现定性分析。图1 核磁共振波谱仪原理图核磁共振波谱仪就是在这一基础上， 利用核磁共振的原理进行测量的核磁共振广泛用于化合物的结构测定，定量分析和动物学研究等方面。它与紫外、红外、质谱和元素分析等技术配合，是研究测定有机和无机化合物的重要工具。如果有一束频率为 的电磁辐射照射自旋核,当=0时，则自旋核将吸收其 辐射能而产生共振， 即所谓核磁共振。

3、吸收能量的大小取决于核的多少。这一事实，除为测量 提供途径外，也为定量分析提供了根据。具体的实现方法是：在固定磁场 H0上附加一个可变的磁场。 两者叠加的结果使有效磁场在一定范围内变化，即H0在一定范围内可变。 另置一能量和频率稳定的射频源，它的电磁辐射照射在处于磁场中的样品上，并用射频接收器测量经样品吸收后的射频辐射能。在样品无吸收时， 则接收的能量为一定值； 如果有吸收， 就会给出一个能量吸收信号。但吸收的条件必须是射频的频率= 0。射频的频率是固定的，要使具有不同 值的不同原子核都能吸收辐射能，就只有改变H0，使不同的自旋核在相 应的某一特定的 H0时具有相同的并与射频频率相等的进动频率

4、，即=0。这样， 不同的自旋核都可以在某一特征的磁场强度下吸收射频辐射能而产生核磁共振。因此，用改变磁场强度的方法进行扫描，接收器就可以给出一系列的以磁场强度(实际上是以旋磁比 )为特征的吸收信号。以磁场强度为横坐标，以吸收能量为纵坐标绘出的曲线就是核磁共振波谱图。其中横坐标就是定性分析所依据的参数， 纵坐标对应于不同 H0的出峰面积就是定量分析参数。三、实验仪器本次实验使用的是 JEOL公司JNM-ECZ 系列400MHz 超导傅里叶变化核磁共振波谱仪。四、仪器构造、组成下图是JEOL400MHz核磁共振波谱仪结构及组成。 整个系统由机体、 主机柜和控制台组成。 控制台发出的电磁信号经主机柜

5、转化为模拟信号， 从而控制机体完成实验的过程；机体检测器采集的模拟信号经主机柜转为电信号， 范围到控制台， 保存为核磁波谱图。机体由超导磁体、 进样器、检测器等组成， 超导磁体是核磁波谱仪的核心部件，用来产生仪器工作所需的磁场，为保持稳定， 超导磁体的周围有 36组线圈， 用以补偿不均匀的的磁场。 超导磁体的周围有液氮和液氦的冷却池，用来保持超导磁体所需的低温环境 (液氮约每星期补充一次，液氦约一年补充一次)。检测器由发射线圈和接收线圈组成，用以检测样品的核磁信号。图2 核磁共振波谱仪结构及组成五、实验步骤1. 样品制备，对于固体样品，如果使用5mm样品管，按照丰度，氢谱质量分数5%-10%

6、， 碳谱 20%左右。1H-NMR 谱样品几毫克至几十毫克，对于 13C-NMR 谱则要适量增加样品质量。加入 0.5mL 左右氘代试剂，混合均匀，用生料带封住管口，减少溶剂挥发。盖上核磁管帽， 做好标记。2. 将样品管插入转子， 调整样品管的高度， 样品管插入深度与量筒的底部相平。如果液体较少，则使液体中刻度与量筒刻度齐平。3. 将转子按序列放入进样器，在控制台中编制样品名称、序号、溶剂、检测种类和其他参数。设置完成后提交，开始测试。4. 在实验记录本上对实验进行记录。并在测试结束后将样品管取下。测试过程中，仪器会经历 6个步骤：. Load进样：通过压缩空气使样品进入机体；. ATM 调谐

7、. Lock锁场：根据相应的氘代溶剂，进行锁场，已消除电磁波漂移或电磁体的不稳定情况；. Shim匀场：保持稳定均匀地磁场；. Acq采集：采集核磁信号；. Proc处理：控制台对谱图进行自动处理。测试完成后，对所的谱图进行处理：1. Adjust phase调整相位：将谱图变形的相位调回最佳的对称位置；2. Calibrate axis谱图校准：通过 TMSi 或溶剂对核磁谱图进行校准；3. Pick peaks标峰：标识出峰的位置；4. Integrate peaks积分：计算对应峰的大小， 并选择其中峰型较好的作为基准。5. Plot打印：调整谱图范围，打印谱图。六、试验数据处理及分析图

8、3 化合物预测氢谱和碳谱七、注意事项： 制样中的注意点（1） ） 要得到高分辨率的谱图， 样品溶液中绝对不能有悬浮的灰尘和纤维，一般情况下用棉花和滤纸把样品直接过滤到样品管中。（2） ） 测试微量样品时， 要带手套处理样品， 以防止手指上的微量悬浮物溶在溶液中，否则 1 H-NMR谱中1,4ppm mm 会出现一个 7Hz裂分的双峰，可能来自丙氨酸或者乳酸。（3） ） 控制样品量， 一般对于 1 H-NMR 来说需要的量比较小， 大概几个毫微摩尔就可以了，对于二纤维谱和碳谱浓度就要比较大，最好有几十个毫摩尔。（4） ） 氘代溶剂选择时需要注意使样品容溶解，溶剂峰和样品峰没有重叠，黏度低，并且价

9、格便宜。（5） ） 控制溶剂量，一般样品的溶剂量应该为0.5ml，大概在核磁管中的长度为4cm 左右，溶剂量太小会影响匀场，进而影响实验的浓度和谱图的效果，溶剂量太大会导致浪费。（6） ） 尽量选用优质核磁样品管，样品管必需清洗干净， 无残留溶剂和杂质，以免影响测试结果， 并且最好不要在核磁管上乱贴标签， 这会导致核磁管轴向的不均衡， 在样品旋转时影响 mm 分别率，还有可能大碎核磁管造成重大损失。其它注意点：（7） ） 样品在磁场的位置很重要， 应保证处在磁场的几何中心， 除非有其它要求。（8） ） 注意将磁性物体远离磁体，它们可能对磁体、 匀场线圈和探头造成严重损坏，盛装低温液体的同心杜瓦

10、可能被强力撞裂。八、思考题1. 产生核磁共振的必要条件是什么？答： 1.原子核必须具有核磁性质，即必须是磁性核(或称自旋核)具有自旋现象，自旋量子数不为0。2. 需要有外加磁场，磁性核在外磁场作用下发生核自旋能级的跃迁，从低能态跃迁至高能态需吸收能量，外加磁场能量要足够大，场强足够强。3. 只有那些能量与核自旋能级能量差相同的电磁辐射才能被共振吸收，这就是核磁共振波谱的选择性。由于核磁能级的能量差很小，所以共振吸收的电磁辐射波长较长，处于射频辐射光区。2. NMR中化学位移是否随外加磁场改变而改变，为什么？答：化学位移是依赖于磁场强度的。为了使化学位移不依赖于磁场强度，通常用来表示：样品 -TMS核磁共振仪所用频率1063. 核磁共振波谱图的峰高是否能作为质子比的可靠量度？积分高度和结构有什么关系？答：不