仪器分析实验实验49核磁共振波谱法.pptx

编写:廖新丽博士,日期:2006年11月,化学实验教学示范中心,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第1页,核磁共振波谱法,一、,NMR,三要素,二、,NMR,基础信息及,NMR,谱图解析,三、,NMR,谱仪结构,四、,NMR,试验操作步骤,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第2页,一,NMR,三要素-磁性核、静磁场、射频场,磁性原子核:,质子数或中子数为奇数原子核含有自旋角动量,当原子核自旋时,相当于核表面正电荷在运动，运动电荷即电流会感应产生磁场，所以，每一个自旋原子核相当于一个磁偶极子,自旋原子核也称为磁性核。比如,1,H,13,C,19,F,等,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第3页,一,NMR,三要素-磁性核、静磁场、射频场,静磁场:,没有外加静磁场时，原子核自旋是任意取向，样品宏观磁矩为零。当把含磁性核样品放入静磁场时，对于自旋,I1/2,原子核，核自旋有两种取向：一个与外加静磁场平行，原子核能量降低；另一个与外加静磁场反平行，原子核能量升高，即原子核产生能级分裂。,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第4页,一,NMR,三要素-磁性核、静磁场、射频场,射频场:,假如在垂直于外加静磁场方向加一射频场，当射频场角频率满足 时，原子核产生共振吸收信号，其中 为,Planck,常数,为原子核旋磁比、为外加静磁场强度。,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第5页,几个核,NMR,频率表,核,自旋,自然丰度(%),灵敏度,场强(,T),与,NMR,频率(,MHz),相对,绝对,1.409,2.114,2.349,7.046,9.395,11.744,1,H,1/2,99.98,1.00,1.00,60.000,100.000,200.000,300.000,400.000,500.000,6,Li,1,7.42,8.5,E-3,6.31,E-4,8.829,14.716,29.431,44.146,58.892,73.578,7,Li,3/2,92.58,0.29,0.27,23.318,38.863,77.727,116.590,155.454,194.317,13,C,1/2,1.108,1.59,E-2,1.76,E-4,15.087,25.144,50.288,75.432,100.577,125.721,27,Al,5/2,100,0.21,0.21,15.634,26.057,52.114,78.172,104.29,130.28,29,Si,1/2,4.90,7.84,E-3,3.69,E-4,11.919,19.865,39.730,59.595,79.460,99.325,51,V,7/2,99.76,0.38,0.38,15.773,26.289,52.576,78.864,105.152,131.44,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第6页,Spin State Energy Differencesvs.Magnetic Field Strength,0,4.7,9.4,Energy,Magnetic field strength,B,0,(Tesla),E,200 MHz,for,1,H,a,spin,state,b,spin,state,E,400 MHz,for,1,H,High Field NMR,increased sensitivity,increased resolution,randomly,oriented nuclei,(no magnetic field),仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第7页,二,NMR,谱基础信息,化学位移,自旋耦合,谱线积分面积,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第8页,1 化学位移:,Chemical Shift,B,0,B,local,a bare nucleus(H,+,),feels the full effect of,the external field(B,0,),electron density partially,shields,the nucleus,from,B,0,so it“feels”B,local,electrons generate an,induced field(B,i),which opposes B,0,B,i,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第9页,1 化学位移:,Chemical Shift,因为原子核外有电子屏蔽，原子核感受到是所处环境局域场磁场强度,，其中 为屏蔽常数，伴随原子核所处化学环境改变而改变.所以，当原子核所处化学环境不一样时，原子核感受到磁场强度不一样，所以共振频率不一样，谱峰落在不一样位置上。换言之，原子核共振频率与原子核所处化学环境相关，即与屏蔽常数相关。,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第10页,一些常见基团,1,H,化学位移值,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第11页,2 自旋耦合,自旋原子核经过成键电子相互作用引发谱线裂分。对自旋,I,1/2,弱耦合体系，满足,n,1,裂分规则，即一个自旋,I,1/2,原子核，假如与,n,个自旋,I,1/2,原子核相互耦合，那么该原子核谱峰将裂分为,n,1,重峰，各峰强度比满足二项式展开系数。,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第12页,ethyl,isopropyl,singlet doublet triplet quartet pentet,1:1 1:2:1 1:3:3:1 1:4:6:4:1,常见耦合裂分模式,ethyl signature,:quartet/triplet,with integration ratio of 2/3,septet/doublet,&,1/6 ratio,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第13页,3 积分面积,谱线积分值与共振核个数成正比，这是,NMR,谱能够定量分析分子中共振核个数依据。如图五,Ethyl formate,1,H,NMR,谱中，,CH3,、,CH2,、,CH,积分面积分别为,3,、,2,、,1,，分别对应于共振核个数,3,、,2,、,1,。,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第14页,三,NMR,谱仪结构图,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第15页,400,MHz NMR Spectrometer,400,MHz,Avance,System,计算机,电子控制柜,超导体,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第16页,400,MHz Superconducting Magnet,magnetic field strength,9.4 Tesla(94,000 gauss),400 MHz is the frequency used,for proton detection in this field,NMR sample tube and holder,descend into center of magnet,Keep metal(ferromagnetic),objects,pacemakers,and,credit cards several feet away!,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第17页,NMR Sample Position(prior to release into probe),Liquid Helium,-269C(4.2,K),Liquid Nitrogen,-196C(77.4,K),NMR sample,positioned,at top of probe,Superconducting magnets,require continuous cooling.,5,mm NMR,sample tube,RF,energy,upper level,of NMR solution,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第18页,探头,超导磁体横切面图,超导磁体剖面图,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第19页,四 1,NMR,试验安全,机械表,磁卡,含铁工具,装有心脏起博器和人工假肢等不可靠近磁体.,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第20页,四 1,NMR,试验安全,操作注意事项,样品管洗洁净后自然晾干、以免它变形,将样品管插入转子步骤以下列图所表示,样品管底部最多只能放到样品规底部,而且液柱中心应与黑色中心线对齐.,将样品管插入转子步骤,样品管在探头中位置,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第21页,四 1,NMR,试验安全,放样步骤,键入,ro off,（,停顿腔内样品旋转）,键入,ej,，,打开压缩空气闸门,腔内样品弹出（或,听到气流声后,），取出原有样品，放入新样品,键入,ij,，,关闭压缩空气闸门，把样品送入腔内,仪器分析实验实验49核磁共振波谱法,第22页,