核磁共振仪的使用.doc

核磁共振波谱法测量氢谱

    1．样品的准备
    被测物质应为纯净物，并且能够完全溶解在所选氘代溶剂中，浓度大于10%，体积为0.5mL，用注射器加入到干净、无裂痕的标准核磁管中，待测。
    2．Varian300MHz核磁共振波谱仪的操作程序
    （1）打开数据转换器、工作站电源，使其处于稳定状态。启动空气压缩机，打开过滤器，保证有一定压力的干净、干燥气体进入磁体，其目的在于产生空气浮力以保证样品管处于悬浮状态，同时能够使样品管匀速旋转。
    （2）调谐，其目的在于调整磁场使之与所测的原子核频率匹配。
    （3）设定实验参数。实验参数包括实验类型（氢谱、碳谱等）、溶剂种类、扫场次数、谱宽等。将样品管插入转子中，符合量规的测量长度；打开气路，将转子置于气路中；关闭气路，转子携带样品管沉入磁体中，此时样品管已进入到探头的检测区域。根据需要使样品管处于旋转（20Hz）或静止状态。
    （4）调节探头的发射功率、接受功率、相位等参数，以溶剂中的氘原子的核磁信号锁定磁场，称为“锁场”。
    （5）调节z方向的参数，使锁定的磁场范围强度均匀，称为“匀场”。
    （6）启动采集数据程序，进入实验的测试过程。
    （7）数据处理，包括相位校正、基线直流校正，得到谱图，然后根据溶剂的峰位给定标尺，给定积分值，确定氢的个数，标峰位，打印谱图。
    （8）弹出转子，取下样品管，退出实验程序，关闭空气压缩机。洗净核磁管。
    数据处理
    根据谱图提供的化学位移，分裂峰的个数，积分值及耦合常数，解析样品的结构。

核磁共振谱仪的一般操作
上一篇 / 下一篇  2009-07-05 21:54:45 / 个人分类：核磁共振
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     核磁共振谱仪的一般操作主要包括：放置样品、锁场、匀场、探头调谐、设置参数、数据的采集以及处理，下面分别予以介绍：
1.放置样品
    首先要有足够的样品量，一般300兆核磁测氢谱需2-10mg，500兆核磁测氢谱需0.5mg以上，碳谱需要的样品量更大。选择适当氘代试剂的溶解，使样品完全溶解。如果用5mm的样品管，氘代试剂的量要使液面高度在3cm以上。
     然后样品管插入转子后放入量尺量深到底；若溶液高度不能盖满量尺的黑色标线，可稍提样品管，使溶液中间位置与量尺中间刻度一致。
    将带有转子的样品管小心放入充满气流的磁铁入口，"down" 下。样品的旋转可以消除磁场在XY方向的不均匀度，提高分辨率。
2.锁场
    按锁场钮，使锁场单元工作，锁住磁场。锁场的目的使为了使磁场稳定。
3.调节匀场
    在操作键盘上标有X、Y、Z、XY、X2-Y2和Z3等字母，表示一阶、二阶、三阶的不同方向磁场的均匀度。
    调节匀场时，一般先调节Z1、Z2、Z3和Z4，然后调节X、Y方向。匀场的目的是找到各方向之间配合的最佳位置。另外，各高阶按钮在仪器验收时已经调好，平时不要随便调试，否则一旦调乱，很难找到最佳配合。
4.探头调谐
    为了获得最高的灵敏度，要进行探头调谐。通过反复的调谐和匹配，使接收到的功率最大，反射的功率最小。
5.设置参数
    （1）测试参数文件   一般仪器出厂时，已经设置好一些常用测试方法的参数，只要调用文件就可以利用这些参数测试。
    （2）观察核   就是你所要测试那种原子核的谱。
    （3）照射核   有时在观察通道测试时，需要去耦，选择去耦照射的原子核。
    （4）共振频率   磁场强度一定，不同原子核的共振频率不同。
    （5）数据点   用多少个二进制点表示图谱的曲线。
    （6）谱宽   所观察谱的频带宽。
    （7）脉冲宽带   照射脉冲持续的时间，一般为微秒。照射脉冲持续时间越长，磁化矢量的的倾角越大，得到的信号越大，但等待驰豫时间 延长。一般用45-60度脉冲驰豫时间较短，在单位时间内累加次数增多，信号增长较快。
    （8）照射功率   照射脉冲强度。
    （9）接收增益   指接收信号放大倍数。信号放大提高了灵敏度，但是放大倍数过大产生过饱和使信号变形，不同浓度的样品要设置相应的接收增益。
   （10）累加次数   设置总累加次数。如果使用的探头不是梯度场的，累加次数应为4的整数倍，否则有可能产生干扰峰。
6.数据的采集与处理 
    输入采集命令及可开始采样。采样结果为FID信号，即时域谱；傅立叶变换，将时域谱变成频域谱。然后进行相位纠正使峰型对称，基线校正使基线平滑，域值线以上的峰标出化学位移，予以积分（注意区分溶剂峰及杂质峰）。

　核磁共振氢谱

　　核磁共振技术发展较早，20世纪70年代以前，主要是核磁共振氢谱的研究和应用。70年代以后，随着傅里叶变换波谱仪的诞生，13C—NMR的研究迅速开展。由于1H—NMR的灵敏度高，而且积累的研究资料丰富，因此在结构解析方面1H—NMR的重要性仍强于13C—NMR。

　　解析图谱的步骤

　　1.先观察图谱是否符合要求;①四甲基硅烷的信号是否正常;②杂音大不大;③基线是否平;④积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。如果有问题，解析时要引起注意，最好重新测试图谱。

　　2.区分杂质峰、溶剂峰、旋转边峰(spinning side bands)、13C卫星峰(13C satellite peaks)

　　(1)杂质峰：杂质含量相对样品比例很小，因此杂质峰的峰面积很小，且杂质峰与样品峰之间没有简单整数比的关系，容易区别。

　　(2)溶剂峰：氘代试剂不可能达到100%的同位素纯度(大部分试剂的氘代率为99-99.8%)，因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰，如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为7.27 ppm处。

　　(3)旋转边峰:在测试样品时，样品管在1H-NMR仪中快速旋转，当仪器调节未达到良好工作状态时，会出现旋转边带，即以强谱线为中心，呈现出一对对称的弱峰，称为旋转边峰。

　　(4)13C卫星峰：13C具有磁距，可以与1H偶合产生裂分，称之为13C卫星峰，但由13C的天然丰度只为1.1%，只有氢的强峰才能观察到，一般不会对氢的谱图造成干扰。

　　3.根据积分曲线，观察各信号的相对高度，计算样品化合物分子式中的氢原子数目。可利用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为标准计算各信号峰的质子数目。

　　4.先解析图中CH3O、CH3N、 、CH3C=O、CH3C=C、CH3-C等孤立的甲基质子信号，然后再解析偶合的甲基质子信号。

　　5.解析羧基、醛基、分子内氢键等低磁场的质子信号。

　　6.解析芳香核上的质子信号。

　　7.比较滴加重水前后测定的图谱，观察有无信号峰消失的现象，了解分子结构中所连活泼氢官能团。

　　8.根据图谱提供信号峰数目、化学位移和偶合常数，解析一级类型图谱。

　　9.解析高级类型图谱峰信号，如黄酮类化合物B环仅4，-位取代时，呈现AA,BB,系统峰信号，二氢黄酮则呈现ABX系统峰信号。

　　10. 如果一维1H-NMR难以解析分子结构，可考虑测试二维核磁共振谱配合解析结构。

　　11. 组合可能的结构式，根据图谱的解析，组合几种可能的结构式。

　　12. 对推出的结构进行指认，即每个官能团上的氢在图谱中都应有相应的归属信号。

　　四. 核磁共振碳谱(13C—NMR)

　　解析图谱的步骤

　　1.鉴别谱图中的非真实信号峰

　　(1)溶剂峰：虽然碳谱不受溶剂中氢的干扰，但为兼顾氢谱的测定及磁场需要，仍常采用氘代试剂作为溶剂，氘代试剂中的碳原子均有相应的峰。

　　(2)杂质峰：杂质含量相对于样品少得多，其峰面积极小，与样品化合物中的碳呈现的峰不成比例。

　　(3)测试条件的影响：测试条件会对所测谱图有较大影响。如脉冲倾斜角较大而脉冲间隔不够长时，往往导致季碳不出峰;扫描宽度不够大时，扫描宽度以外的谱线会折叠到图谱中来;等等，均造成解析图谱的困难。

　　2.不饱和度的计算

　　根据分子式计算的不饱和度，推测图谱烯碳的情况。

　　3.分子对称性的分析

　　若谱线数目等于分子式中碳原子数目，说明分子结构无对称性;若谱线数目小于分子式中碳原子数目，说明分子结构有一定的对称性。此外，化合物中碳原子数目较多时，有些核的化学环境相似，可能δ值产生重叠现象，应予以注意。

　　4.碳原子δ值的分区

　　碳原子大致可分为三个区

　　(1)高δ值区δ>165ppm，属于羰基和叠烯区：①分子结构中，如存在叠峰，除叠烯中有高δ值信号峰外，叠烯两端碳在双键区域还应有信号峰，两种峰同时存在才说明叠烯存在;②δ>200 ppm的信号，只能属于醛、酮类化合物;③160-180ppm的信号峰，则归属于酸、酯、酸酐等类化合物的羰基。

　　(2)中δ值区δ90-160ppm(一般情况δ为100-150ppm)烯、芳环、除叠烯中央碳原子外的其他SP2杂化碳原子、碳氮三键碳原子都在这个区域出峰。(3)低δ值区δ<100ppm，主要脂肪链碳原子区：①不与氧、氮、氟等杂原子相连的饱和的δ值小于55ppm;②炔碳原子δ值在 70-100ppm，这是不饱和碳原子的特例。

　　5.碳原子级数的确定

　　由低核磁共振或APT(attached proton test)、DEPT(distortionless enhancement by polarization transfer)等技术可确定碳原子的级数，由此可计算化合物中与碳原子相连的氢原子数。若此数目小于分子式中的氢原子数，二者之差值为化合物中活泼氢的原子数。

　　6.推导可能的结构式

　　先推导出结构单元，并进一步组合成若干可能的结构式。

　　7.对碳谱的指认

　　将核磁共振碳谱中各信号峰在推出的可能结构式上进行指认，找出各碳谱信号相应的归属，从而在被推导的可能结构式中找出最合理的结构式，即正确的结构式。