核磁共振波譜實(shí)驗(yàn)

1、核磁共振波譜實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)人：王壯同組實(shí)驗(yàn)：劉向宇、羅輝、曾知行實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2016.5.16一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握核磁共振波譜法測定化合物的結(jié)構(gòu)。2. 掌握核磁共振波譜儀的使用方法。3. 掌握核磁共振波譜圖的解析方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、核磁共振的原理 核磁共振現(xiàn)象來源于原子核的自旋角動(dòng)量在外加磁場作用下的進(jìn)動(dòng)。根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動(dòng)量，其自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同類型的原子核自旋量子數(shù)也不同： 質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)，如，。 質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為半整數(shù)，如，。 質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋

2、量子數(shù)為整數(shù)，如，。 原則上，只要自旋量子數(shù)的原子核都可以得到NMR信號。但目前有實(shí)用價(jià)值的僅限于、及等核磁共振信號，其中氫譜和碳譜應(yīng)用最廣。的原子核作自旋運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生磁矩，在外磁場中有有個(gè)不同的空間取向，分別對應(yīng)于個(gè)能級，也就是說核磁矩在外磁場當(dāng)中的能量也是量子化的，這些能級的能量為根據(jù)選擇定則，能級之間的躍遷只能發(fā)生在的能級之間，此時(shí) 躍遷的能量變化為 當(dāng)射頻輻射的能量,就發(fā)生共振躍遷，這就是裸核在磁場中的行為。 實(shí)際上，核外有電子繞核運(yùn)動(dòng)，電子的屏蔽作用抵消一部分外加磁場。原子核實(shí)際感受到的磁場強(qiáng)度為，核磁共振的條件為式中，為屏蔽常數(shù)。由于屏蔽作用，原子的共振頻率與裸核的共振頻率不同，即發(fā)

3、生了位移，稱為化學(xué)位移?；瘜W(xué)位移用表示。若選擇某一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，將它的化學(xué)位移定為零，則其它化合物的化學(xué)位移都可以與這一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相比較，表示為式中， 為試樣中被測定磁核的共振頻率；為標(biāo)準(zhǔn)物中磁核的共振頻率。為無量綱常數(shù)，是一個(gè)與磁場強(qiáng)度無關(guān)的數(shù)值。常選用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是四甲基硅烷(TMS)，在氫譜和碳譜中，把它的化學(xué)位移定為零，在圖譜的右端。大多數(shù)有機(jī)化合物核磁吸收信號在譜圖上都位于它的左邊。磁性核之間的相互作用使共振峰分裂成多重線，這一現(xiàn)象稱為自旋-自旋偶合。偶和強(qiáng)度用多重譜線的間隔(以Hz為單位)表示。多重譜線的數(shù)目為， 式中，為被討論的核相鄰的磁性核的數(shù)目；為相鄰磁性核的核自旋量子數(shù)。對于質(zhì)子來

4、說，因?yàn)?，所以譜線數(shù)目等于，多重線內(nèi)各峰的強(qiáng)度可根據(jù)簡單的統(tǒng)計(jì)方法求出，與二項(xiàng)展開式的系數(shù)成比例。也就是說，一個(gè)鄰近質(zhì)子使被討論核的共振峰分裂成雙線（1：1），兩個(gè)鄰近質(zhì)子產(chǎn)生三重線（1：2：1）， 三個(gè)鄰近質(zhì)子產(chǎn)生四重線（1：3：3：1）等。例如，的核磁共振譜圖中看到處的峰是三重峰，在處的峰是四重峰，其原因是分子中存在兩種質(zhì)子，即甲基上的質(zhì)子()和亞甲基上的質(zhì)子()，甲基上的質(zhì)子、除了受外磁場作用外，還受到相鄰碳原子上質(zhì)子的影響。三、 儀器與試劑儀器：Thermo PICOSPIN 80 核磁共振波譜儀，注射器試劑：未知試樣，去離子水。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 打開儀器以及電腦；2. 在電腦上打開

5、IP地址：192.168.42.313. 先用蒸餾水做核磁共振氫譜圖，獲得穩(wěn)定的峰之后，同樣品進(jìn)行測試；4. 用未知樣品測試三次，直到獲得峰沒有雜峰的影響；5. 分析譜圖。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖1.樣品核磁共振譜圖從圖像可知共有3個(gè)峰表示樣品中有3中化學(xué)環(huán)境不同的氫，化學(xué)位移大致為、。峰面積之比為，初步判斷所測樣品為乙酸乙酯，其結(jié)構(gòu)如下(1)處的氫沒有鄰氫，所以不裂分，在圖上為第二個(gè)峰，（2）處的氫所連的碳上連有氧原子，由于氧的電負(fù)性大，導(dǎo)致（2）處的氫化學(xué)位移較大，并且（3）處的氫對（2）氫有偶合作用，使其裂分為四重峰，在核磁共振譜圖上第一個(gè)峰是（2）氫產(chǎn)生的型號。（3）氫被（2）氫裂分為三重峰，譜圖上為第三組峰。這也驗(yàn)證了，所測的位置樣品為乙酸乙酯。六、 注意事項(xiàng)使用過程中，應(yīng)防止液體的外泄等，以免造成儀器不能正常工作，發(fā)生停機(jī)事故，損害儀器。七、 思考題1. NMR中化學(xué)位移是否隨外加磁場改變而改變，為什么？答：化學(xué)位移是依賴于磁場強(qiáng)度的。為了使化學(xué)位移不依賴于磁場強(qiáng)度，通常用來表示：2. 核磁共振波譜圖的峰高是否能作為質(zhì)子比的可靠量度？積分高度