核磁共振(NMR)培训

1、2021/6/161核磁共振核磁共振(NMR)(NMR)培训培训2021/6/162n 适用范围适用范围n 核磁共振原理核磁共振原理n 仪器组成仪器组成第一章第一章 仪器介绍仪器介绍 2021/6/163vNMRNMR是研究原子核对射频辐射的吸收，它是对各种有是研究原子核对射频辐射的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。工具之一，有时亦可进行定量分析。v仪器配备仪器配备ATMAATMA功能功能BBFOBBFO探头（带有自动调谐功能，可探头（带有自动调谐功能，可在无人干预状态下进行多种核的在无

2、人干预状态下进行多种核的NMRNMR实验）。实验）。v可测试液体样品或能溶于氘代试剂的固体样品。可测试液体样品或能溶于氘代试剂的固体样品。v测试范围测试范围1 1H H109109AgAg。v1 1H H、1313C C、DEPTDEPT、H-H COSYH-H COSY、HSQCHSQC、HMBCHMBC适应范围适应范围2021/6/164原理原理v在强磁场中，原子核发生振动能级分裂在强磁场中，原子核发生振动能级分裂v当吸收外来电磁辐射时，将发生核振动能级的跃迁当吸收外来电磁辐射时，将发生核振动能级的跃迁-产生所产生所谓谓NMRNMR现象。现象。B0MB0MRF 脉脉冲冲接收器接收器Rece

3、iverS(t)FTS(w w)2021/6/165原理原理(1)I=0(1)I=0的原子核的原子核1616O O、1212C C、2222S S等等 ，无自旋，没有磁矩，不产，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收生共振吸收(2)I=1(2)I=1或或I0I0的原子核的原子核 I=1 I=1 ： 2 2H,H,1414N N I=3/2: I=3/2: 1111B,B,3535Cl,Cl,7979Br,Br,8181BrBr I=5/2 I=5/2：1717O,O,127127I I这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收

4、复杂，研究应用较少；匀，共振吸收复杂，研究应用较少；(3)(3)1/21/2的原子核的原子核 1 1H H，1313C C，1919F F，3131P P原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象。有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象。2021/6/166液氮：液氮：-196-196，保持液氦温度，减少液氦损失。，保持液氦温度，减少液氦损失。液氦：液氦：-269-269，提供超低温环境，提供超低温环境。探头：探头：射频发射线圈，射频接受线圈组成。正向探头：射频发射线圈，射频接受线圈组成。正向探头：

5、高频接收线圈在外（通常指高频接收线圈在外（通常指1 1H H核）低频接受线核）低频接受线圈在内。反向探头：低频接受线圈在外，高频圈在内。反向探头：低频接受线圈在外，高频接收线圈在内，主要用于反向实验。接收线圈在内，主要用于反向实验。仪器组成仪器组成超导磁体：超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈；铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈；在低温在低温4K4K，处于超导状态，处于超导状态; ;开始时，大电流一开始时，大电流一次性励磁后，闭合线圈，产生稳定的磁场，长次性励磁后，闭合线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变。年保持不变。2021/6/167n 送样要求送样要求n 样品准备样品准备n

6、 锁场匀场的作用锁场匀场的作用n NMRNMR常用实验常用实验n 谱图分析技巧谱图分析技巧第二章第二章 实验流程实验流程 2021/6/168送样要求送样要求课题号研究室送样人送样日期：样品名称溶剂CDCl3DMSOD2OAcetone其他测试项目1H13CDEPTH-H COSYHSQC定量碳谱锡谱其他样品信息特别声明样品返回： 否 是填写要求：填写要求：1-2.1-2.各项填写清晰方便查找统计。各项填写清晰方便查找统计。3-4.3-4.注明所用溶剂和需要测试的项目，必要时与分析人员沟通。注明所用溶剂和需要测试的项目，必要时与分析人员沟通。5.5.信息要详细（包括原料、溶剂、添加剂、预期产物

7、等），最好能与分析人员沟通。信息要详细（包括原料、溶剂、添加剂、预期产物等），最好能与分析人员沟通。3 34 45 56 61 12 22021/6/169样品准备样品准备v样品量样品量一般对于一般对于1 1HNMRHNMR来说需要的量比较小，大概来说需要的量比较小，大概10mg10mg左右就左右就可以了，对于二维谱和碳谱浓度要比较大，最好可以了，对于二维谱和碳谱浓度要比较大，最好50mg50mg。v溶剂量溶剂量一般样品的溶剂量为一般样品的溶剂量为0.6ml0.6ml，大概在核磁管中的高度为，大概在核磁管中的高度为4cm4cm左右。溶剂量太小了会影响匀场，进而影响实验的左右。溶剂量太小了会影响

8、匀场，进而影响实验的速度，和谱图的效果。溶剂量太大了嘛，那就太浪费速度，和谱图的效果。溶剂量太大了嘛，那就太浪费了。了。2021/6/1610样品准备样品准备v核磁管核磁管首先尽量选用优质核磁管，还有就是最好不要在核磁首先尽量选用优质核磁管，还有就是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，在样管上乱贴标签，这会导致核磁管轴向的不均衡，在样品旋转的时候影响分辨率，还有可能打碎核磁管造成品旋转的时候影响分辨率，还有可能打碎核磁管造成重大损失。重大损失。v化学位移标准化学位移标准在溶液中加入少量（一般不超过在溶液中加入少量（一般不超过0.10.1）四甲基硅烷）四甲基硅烷(TMS) (

9、TMS) ，规定其位移常数，规定其位移常数 TMSTMS=0=0。2021/6/1611样品准备样品准备v溶剂的选择溶剂的选择原则：样品易溶解，溶剂峰和样品峰没有重叠，粘度原则：样品易溶解，溶剂峰和样品峰没有重叠，粘度低，并且价格便宜。大家在选择的时候主要是样品的低，并且价格便宜。大家在选择的时候主要是样品的溶解性问题。溶解性问题。v常用的氘代试剂常用的氘代试剂氘代氯仿、氘代氘代氯仿、氘代DMSODMSO、氘代丙酮、重水、氘代苯、氘、氘代丙酮、重水、氘代苯、氘代代DMFDMF氘代甲醇等。氘代甲醇等。2021/6/1612锁场匀场锁场匀场v氘代试剂的作用氘代试剂的作用试剂用氘代替氢是为了避免在氢

10、谱上出现很强的溶剂峰，同试剂用氘代替氢是为了避免在氢谱上出现很强的溶剂峰，同时也为锁场提供了条件。时也为锁场提供了条件。v锁场锁场现在的磁体都是超导的，磁体不会绝对的稳定，可能会出现现在的磁体都是超导的，磁体不会绝对的稳定，可能会出现微小的变化，这种变化有时候对实验的影响是非常大的。因微小的变化，这种变化有时候对实验的影响是非常大的。因此现在的超导核磁的谱仪上都有锁场的氘通道。通过对氘信此现在的超导核磁的谱仪上都有锁场的氘通道。通过对氘信号的检测，判断磁场的变化，通过微小的附加电流来补偿磁号的检测，判断磁场的变化，通过微小的附加电流来补偿磁场的变化。场的变化。2021/6/1613锁场匀场锁场

11、匀场v匀场匀场通过通过“匀场匀场”来解决磁场在一定的空间范围内的不均匀性来解决磁场在一定的空间范围内的不均匀性( (相同的原子核在不同的空间位置会感受到不同的磁场强相同的原子核在不同的空间位置会感受到不同的磁场强度度) )。“匀场匀场”是一种补偿静磁场的不均匀性的过程，通过是一种补偿静磁场的不均匀性的过程，通过调节各组匀场线圈中的电流，使之产生的附加电流能抵消调节各组匀场线圈中的电流，使之产生的附加电流能抵消静磁场的不均匀。静磁场的不均匀。2021/6/1614锁场匀场锁场匀场v匀场对匀场对NMR实验的影响实验的影响2021/6/1615锁场匀场锁场匀场n样品溶液要有足够的高度。样品溶液要有足

12、够的高度。v影响锁场匀场的因素：影响锁场匀场的因素：n当匀场效果不理想，又找不到原当匀场效果不理想，又找不到原因时，可能是由于核磁管本身的因时，可能是由于核磁管本身的不均匀造成的不均匀造成的n样品是否均匀溶解于整个溶液。样品是否均匀溶解于整个溶液。n溶液中有无悬浮的不溶物。溶液中有无悬浮的不溶物。n溶液的粘度。溶液的粘度。n溶液中是否有气泡。溶液中是否有气泡。n溶液中是否有溶液中是否有Fe3+、Cu2+这样的这样的顺磁性离子。顺磁性离子。2021/6/1616NMR常用实验常用实验v1 1H H2021/6/1617NMR常用实验常用实验v1313C C2021/6/1618NMR常用实验常用

13、实验v1313C DEPTC DEPT（极化转移增强）能够区分不同种类碳原子通常使（极化转移增强）能够区分不同种类碳原子通常使用用POPO为为135135谱图上谱图上CHCH3 3和和CHCH的峰为正峰，的峰为正峰，CHCH2 2为负峰，季碳不为负峰，季碳不出峰。通过对比出峰。通过对比1313C C谱与谱与DEPTDEPT谱即可得出各种碳原子的个数。谱即可得出各种碳原子的个数。DEPT2021/6/1619NMR常用实验常用实验vH-H COSYH-H COSY（同核位移相关谱）（同核位移相关谱）1 1H-H-1 1H H多键相关。多键相关。2021/6/1620NMR常用实验常用实验vHSQ

14、CHSQC（异核单量子相关）谱图上显示为（异核单量子相关）谱图上显示为1 1H-H-1313C C一键相关。一键相关。2021/6/1621NMR常用实验常用实验vHMBCHMBC（异核多键相关）谱图上显示（异核多键相关）谱图上显示1 1H H核与核与1313C C核远程相关核远程相关（1 1J J、2 2J J、3 3J J）2021/6/1622谱图分析技巧谱图分析技巧v峰面积峰面积峰面积与核的数目成正比，根据各峰组的面积比，可以推峰面积与核的数目成正比，根据各峰组的面积比，可以推测各种核的数目比。测各种核的数目比。v化学位移化学位移 原子核由于化学环境所引起的核磁共振信号位置的变化。原子

15、核由于化学环境所引起的核磁共振信号位置的变化。-COOH-COOH5.95.9CH4.94.9NHSHOHNHSH，对于交，对于交换速度慢的样品可以多等一些时间再做换速度慢的样品可以多等一些时间再做1 1H H谱。谱。优点：隐藏在其它信号中的活泼氢信号可以被消除。优点：隐藏在其它信号中的活泼氢信号可以被消除。缺点：一是需重新测定一次图谱，二是较大的水峰干扰。缺点：一是需重新测定一次图谱，二是较大的水峰干扰。 v鉴别活泼氢的常用方法鉴别活泼氢的常用方法2021/6/1628谱图分析技巧谱图分析技巧重重氢氢交交换换2021/6/1629谱图分析技巧谱图分析技巧HSQCHSQCv鉴别活泼氢的常用方法

16、鉴别活泼氢的常用方法因为活泼氢不和碳直接相连，故和碳没有相关峰的质子信号应因为活泼氢不和碳直接相连，故和碳没有相关峰的质子信号应是活泼氢的峰。所以当一个化合物同时有是活泼氢的峰。所以当一个化合物同时有1HNMR1HNMR和和H-CCOSY H-CCOSY 谱谱的话，就不必刻意由的话，就不必刻意由1HNMR1HNMR谱识别活泼氢信号，两种谱结合起谱识别活泼氢信号，两种谱结合起来问题就容易的多。来问题就容易的多。优点：不用取出样品样品，省去再处理和重新锁场匀场的间。优点：不用取出样品样品，省去再处理和重新锁场匀场的间。缺点：当缺点：当1HNMR1HNMR谱上活泼氢与其它峰有重叠时，不容易鉴别。谱上

17、活泼氢与其它峰有重叠时，不容易鉴别。2021/6/1630谱图分析技巧谱图分析技巧HSQCHSQCv鉴别活泼氢的常用方法鉴别活泼氢的常用方法2021/6/1631谱图分析技巧谱图分析技巧N NH2NCOOHCF327.37.47.57.67.77.87.98.08.18.28.3ppm7.2727.2937.3657.3867.5857.9637.9838.0308.0338.1178.1388.1601.0911.0001.0161.0171.0583.109HSQCHSQCv鉴别活泼氢的常用方法鉴别活泼氢的常用方法2021/6/1632谱图分析技巧谱图分析技巧v鉴别活泼氢的常用方法鉴别活泼氢的常用方法变温实验识别活泼氢变温实验识别活泼氢当活泼氢信号与其