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1、,仪器分析实验实验49 核磁共振波谱法,Nuclear Magnetic ResonanceFor Short：NMR,厦门大学精品课程仪器分析(含实验),核磁共振波谱法,一、NMR三要素二、NMR的基本信息及NMR谱图解析三、NMR谱仪结构四、NMR实验操作步骤,一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场,磁性原子核:质子数或中子数为奇数的原子核具有自旋角动量,当原子核自旋时,相当于核表面的正电荷在运动，运动的电荷即电流会感应产生磁场，因此，每一个自旋的原子核相当于一个磁偶极子,自旋的原子核也称为磁性核。例如1H,13C,19F等。,=,一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场,静磁场:没
2、有外加静磁场时，原子核的自旋是任意取向的，样品的宏观磁矩为零。当把含磁性核的样品放入静磁场时，对于自旋I1/2的原子核，核自旋有两种取向：一种与外加静磁场平行，原子核的能量降低；另一种与外加静磁场反平行，原子核的能量升高，即原子核产生能级分裂。,一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场,射频场:如果在垂直于外加静磁场的方向加一射频场，当射频场的角频率满足 时，原子核产生共振吸收信号，其中 为Planck常数,为原子核的旋磁比、为外加静磁场的强度。,几种核的NMR频率表,Spin State Energy Differencesvs.Magnetic Field Strength,0,4.7,
3、9.4,Energy,Magnetic field strength,B0(Tesla),E 200 MHzfor 1H,a spinstate,E 400 MHzfor 1H,High Field NMR increased sensitivity increased resolution,randomlyoriented nuclei(no magnetic field),二 NMR谱的基本信息,化学位移自旋耦合谱线积分面积,1 化学位移:Chemical Shift,Blocal,a bare nucleus(H+)feels the full effect ofthe external
4、 field(B0),electron density partiallyshields the nucleus fromB0 so it“feels”Blocal,electrons generate aninduced field(Bi)which opposes B0,Bi,1 化学位移:Chemical Shift,由于原子核外有电子屏蔽，原子核感受到的是所处环境局域场的磁场强度，其中 为屏蔽常数，随着原子核所处的化学环境变化而变化.因此，当原子核所处的化学环境不同时，原子核感受到的磁场强度不同，因此共振频率不同，谱峰落在不同的位置上。换言之，原子核的共振频率与原子核所处的化学环境有关
5、，即与屏蔽常数有关。,一些常见基团的1H化学位移值,2 自旋耦合,自旋原子核通过成键电子相互作用，引起谱线裂分。对自旋I1/2的弱耦合体系，满足n1裂分规则，即一个自旋I1/2的原子核，如果与n个自旋I1/2的原子核相互耦合，那么该原子核的谱峰将裂分为n1重峰，各峰的强度比满足二项式展开系数。,ethyl,isopropyl,singlet doublet triplet quartet pentet 1:1 1:2:1 1:3:3:1 1:4:6:4:1,常见的耦合裂分模式,ethyl signature:quartet/tripletwith integration ratio of 2/
6、3,septet/doublet&1/6 ratio,3 积分面积,谱线积分值与共振核的个数成正比，这是NMR谱可以定量分析分子中共振核的个数的依据。如图五Ethyl formate 的1HNMR谱中，CH3、CH2、CH的积分面积分别为3、2、1，分别对应于共振核个数3、2、1。,三 NMR谱仪结构图,400 MHz NMR Spectrometer,400 MHz Avance System,计算机,电子控制柜,超导体,400 MHz Superconducting Magnet,magnetic field strength 9.4 Tesla(94,000 gauss)400 MHz
7、is the frequency usedfor proton detection in this field,NMR sample tube and holderdescend into center of magnet,Keep metal(ferromagnetic)objects,pacemakers,and credit cards several feet away!,NMR Sample Position(prior to release into probe),Liquid Helium-269C(4.2 K),Liquid Nitrogen-196C(77.4 K),NMR
8、samplepositioned at top of probe,Superconducting magnetsrequire continuous cooling.,探头,超导磁体横切面图,超导磁体剖面图,四 1 NMR实验安全,机械表,磁卡,含铁的工具,装有心脏起博器和人工假肢等不可靠近磁体.,四 1 NMR实验安全,操作注意事项样品管洗干净后自然晾干、以免它变形将样品管插入转子的步骤如下图所示,样品管底部最多只能放到样品规的底部,而且液柱中心应与黑色中心线对齐.,将样品管插入转子的步骤,样品管在探头中的位置,四 1 NMR实验安全,放样步骤键入 ro off（停止腔内样品旋转）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,四 2 NMR实验步骤,Sample preparationPredefine parametersetsLock、turn/march、shimAcquireProcessPrint,
