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1、核磁共振(NMR)培训,适用范围 核磁共振原理 仪器组成,第一章 仪器介绍,NMR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工具之一，有时亦可进行定量分析。 仪器配备ATMA功能BBFO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NMR实验）。 可测试液体样品或能溶于氘代试剂的固体样品。 测试范围1H109Ag。 1H、13C、DEPT、H-H COSY、HSQC、HMBC等,适应范围,原理,在强磁场中，原子核发生振动能级分裂 当吸收外来电磁辐射时，将发生核振动能级的跃迁-产生所谓NMR现象。,原理,(1)I=0的原子核16O、12C、2
2、2S等 ，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收 (2)I=1或I0的原子核 I=1 ： 2H,14N I=3/2: 11B,35Cl,79Br,81Br I=5/2：17O,127I 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，共振吸收复杂，研究应用较少； (3)1/2的原子核 1H，13C，19F，31P 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。,液氮： -196，保持液氦温度，减少液氦损失。,液氦： -269，提供超低温环境。,探头： 射频发射线圈，射频接受线圈组成。正向探头：高频接收线圈在外（通常指1H核）低频接受线圈在内。反向探
3、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。,仪器组成,超导磁体： 铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈；在低温4K，处于超导状态;开始时，大电流一次性励磁后，闭合线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变。,送样要求 样品准备 锁场匀场的作用 NMR常用实验 谱图分析技巧,第二章 实验流程,送样要求,填写要求： 1-2.各项填写清晰方便查找统计。 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。 5.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。,样品准备,样品量 一般对于1HNMR来说需要的量比较小，大概10mg左右就可以了，对于二维谱和碳谱浓
4、度要比较大，最好50mg。 溶剂量 一般样品的溶剂量为0.6ml，大概在核磁管中的高度为4cm左右。溶剂量太小了会影响匀场，进而影响实验的速度，和谱图的效果。溶剂量太大了嘛，那就太浪费了。,样品准备,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重大损失。 化学位移标准 在溶液中加入少量（一般不超过0.1）四甲基硅烷(TMS) ，规定其位移常数TMS=0。,样品准备,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。 常用的氘代试
5、剂 氘代氯仿、氘代DMSO、氘代丙酮、重水、氘代苯、氘代DMF氘代甲醇等。,锁场匀场,氘代试剂的作用 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。 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。,锁场匀场,匀场 通过“匀场”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度)。“匀场”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
6、之产生的附加电流能抵消静磁场的不均匀。,锁场匀场,匀场对NMR实验的影响,锁场匀场,样品溶液要有足够的高度。,影响锁场匀场的因素：,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不均匀造成的,样品是否均匀溶解于整个溶液。,溶液中有无悬浮的不溶物。,溶液的粘度。,溶液中是否有气泡。,溶液中是否有Fe3+、Cu2+这样的顺磁性离子。,NMR常用实验,1H,NMR常用实验,13C,NMR常用实验,13C DEPT（极化转移增强）能够区分不同种类碳原子通常使用PO为135谱图上CH3和CH的峰为正峰，CH2为负峰，季碳不出峰。通过对比13C谱与DEPT谱即可得出各种碳原子的个数。,DEPT,
7、NMR常用实验,H-H COSY（同核位移相关谱）1H-1H多键相关。,NMR常用实验,HSQC（异核单量子相关）谱图上显示为1H-13C一键相关。,NMR常用实验,HMBC（异核多键相关）谱图上显示1H核与13C核远程相关（1J、2J、3J）,谱图分析技巧,峰面积 峰面积与核的数目成正比，根据各峰组的面积比，可以推测各种核的数目比。,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。,-COOH,5.9,4.9,3.9,3.6,2.2,0.8,1.2,一、氢谱分析,谱图分析技巧,耦合常数 溶剂峰 氘代试剂中未被氘代的氢。 常用氘代试剂的化学位移： CDCl3-7.26ppm、DMS
8、O-2.50ppm、D2O-4.7ppm、丙酮-2.05ppm 杂质峰 杂质含量相对于样品少，所以杂质峰面积较小且与样品 峰面积没有简单的整数比关系。,C-H （1J）,H-C-H （2J）,CH-CH （3J）,谱图分析技巧,溶剂效用 溶剂的种类、样品溶液的浓度、pH值等，对核的屏蔽产生相当的影响。（图例为H2O在不同溶剂中的化学位移变化）,3.33.5ppm,1.6ppm,D2O 4.7ppm,DMSO,CDCl3,谱图分析技巧,二、如何鉴别活泼氢,在1HNMR图谱中活泼氢信号变化多端，有的峰尖锐，有的峰较 宽，有的峰积分面积明显较小，有的峰和其它质子信号重叠， 有的峰几乎与图谱基线一致等
9、。产生上述现象的原因一般分两 类情况，一是分子结构引起的，如羧基的活泼氢、螯合的羟基 烯醇羟基、酰胺的活泼氢和一些交换速度比较慢的活泼氢一般 表现为宽单峰，交换速度快的活泼氢表现为比较尖锐的单峰羟 基质子和同碳氢发生偶合时则表现为三重峰或二重峰。二是与 样品浓度、温度、溶剂、样品中的水分等因素有关。,谱图分析技巧,活泼氢的化学位移范围（-OH、-NH、-SH） 活泼氢的化学位移变化范围较大，不容易辨认。,谱图分析技巧,重氢交换 经常使用重水（D2O）。如果样品含有活泼氢，在作完1H谱后加几滴重水，振荡，再做一次1H谱，由于活泼氢被氘取代，相应的谱峰消失。交换反应速度的顺序为OHNHSH，对于交
10、换速度慢的样品可以多等一些时间再做1H谱。 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。,鉴别活泼氢的常用方法,谱图分析技巧,重氢交换,谱图分析技巧,HSQC,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 是活泼氢的峰。所以当一个化合物同时有1HNMR和H-CCOSY 谱 的话，就不必刻意由1HNMR谱识别活泼氢信号，两种谱结合起 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。 缺点：当1HNMR谱上活泼氢与其它峰有重叠时，不容易鉴别。,谱图分析技巧,HSQC,鉴别活泼氢的常用方法,谱图分析技巧,HSQC,鉴别活泼氢的常用方法,谱图分析技巧,鉴别活泼氢的常用方法,变温实验识别活泼氢 当活泼氢信号与其它信号发生重叠或部分重叠时，在1HNMR谱中往往不能肯定地识别活泼氢信号，这时样品管不要取出，接着做升温实验，一般可升到50-60度，温度升高活泼氢信号向高场位移。将常温测定的图谱与升温测定的图谱比较来识别活泼氢信号。,谢 谢,