核磁實驗報告

1、核磁共振分析測試技術(shù)實驗報告實驗名稱：核磁共振姓名：學號：專業(yè)：實驗日期： 2017.10.10指導老師：成績： 一、實驗目的：1、掌握核磁共振的一般原理；2、了解核磁儀器的使用方法；3、掌握核磁氫譜碳譜譜圖的解析方法。二、實驗原理原子核除具有電荷和質(zhì)量外， 約有半數(shù)以上的元素的原子核還能自旋。由于原子核是帶正電荷的粒子， 它自旋就會產(chǎn)生一個小磁場。 具有自旋的原子核處于一個均勻的固定磁場中， 它們就會發(fā)生相互作用， 結(jié)果會使原子核的自旋軸沿磁場中的環(huán)形軌道運動，這種運動稱為進動。自旋核的進動頻率 0與外加磁場強度 H0成正比，即 0= H0，式中為旋磁比，是一個以不同原子核為特征的常數(shù)，即不

2、同的原子核各有其固有的旋比， 這就是利用核磁共振波譜儀進行定性分析的依據(jù)。從上式可以看出， 如果自旋核處于一個磁場強度 H0的固定磁場中，設(shè)法測出其進動頻率0，就可以求出旋磁 比 ，從而達到定性分析的目的。同時，還可以保持 0不變，測量H0，求出， 實現(xiàn)定性分析。圖1 核磁共振波譜儀原理圖核磁共振波譜儀就是在這一基礎(chǔ)上， 利用核磁共振的原理進行測量的核磁共振廣泛用于化合物的結(jié)構(gòu)測定，定量分析和動物學研究等方面。它與紫外、紅外、質(zhì)譜和元素分析等技術(shù)配合，是研究測定有機和無機化合物的重要工具。如果有一束頻率為 的電磁輻射照射自旋核,當=0時，則自旋核將吸收其 輻射能而產(chǎn)生共振， 即所謂核磁共振。

3、吸收能量的大小取決于核的多少。這一事實，除為測量 提供途徑外，也為定量分析提供了根據(jù)。具體的實現(xiàn)方法是：在固定磁場 H0上附加一個可變的磁場。 兩者疊加的結(jié)果使有效磁場在一定范圍內(nèi)變化，即H0在一定范圍內(nèi)可變。 另置一能量和頻率穩(wěn)定的射頻源，它的電磁輻射照射在處于磁場中的樣品上，并用射頻接收器測量經(jīng)樣品吸收后的射頻輻射能。在樣品無吸收時， 則接收的能量為一定值； 如果有吸收， 就會給出一個能量吸收信號。但吸收的條件必須是射頻的頻率= 0。射頻的頻率是固定的，要使具有不同 值的不同原子核都能吸收輻射能，就只有改變H0，使不同的自旋核在相 應(yīng)的某一特定的 H0時具有相同的并與射頻頻率相等的進動頻率

4、，即=0。這樣， 不同的自旋核都可以在某一特征的磁場強度下吸收射頻輻射能而產(chǎn)生核磁共振。因此，用改變磁場強度的方法進行掃描，接收器就可以給出一系列的以磁場強度(實際上是以旋磁比 )為特征的吸收信號。以磁場強度為橫坐標，以吸收能量為縱坐標繪出的曲線就是核磁共振波譜圖。其中橫坐標就是定性分析所依據(jù)的參數(shù)， 縱坐標對應(yīng)于不同 H0的出峰面積就是定量分析參數(shù)。三、實驗儀器本次實驗使用的是 JEOL公司JNM-ECZ 系列400MHz 超導傅里葉變化核磁共振波譜儀。四、儀器構(gòu)造、組成下圖是JEOL400MHz核磁共振波譜儀結(jié)構(gòu)及組成。 整個系統(tǒng)由機體、 主機柜和控制臺組成。 控制臺發(fā)出的電磁信號經(jīng)主機柜

5、轉(zhuǎn)化為模擬信號， 從而控制機體完成實驗的過程；機體檢測器采集的模擬信號經(jīng)主機柜轉(zhuǎn)為電信號， 范圍到控制臺， 保存為核磁波譜圖。機體由超導磁體、 進樣器、檢測器等組成， 超導磁體是核磁波譜儀的核心部件，用來產(chǎn)生儀器工作所需的磁場，為保持穩(wěn)定， 超導磁體的周圍有 36組線圈， 用以補償不均勻的的磁場。 超導磁體的周圍有液氮和液氦的冷卻池，用來保持超導磁體所需的低溫環(huán)境 (液氮約每星期補充一次，液氦約一年補充一次)。檢測器由發(fā)射線圈和接收線圈組成，用以檢測樣品的核磁信號。圖2 核磁共振波譜儀結(jié)構(gòu)及組成五、實驗步驟1. 樣品制備，對于固體樣品，如果使用5mm樣品管，按照豐度，氫譜質(zhì)量分數(shù)5%-10%

6、， 碳譜 20%左右。1H-NMR 譜樣品幾毫克至幾十毫克，對于 13C-NMR 譜則要適量增加樣品質(zhì)量。加入 0.5mL 左右氘代試劑，混合均勻，用生料帶封住管口，減少溶劑揮發(fā)。蓋上核磁管帽， 做好標記。2. 將樣品管插入轉(zhuǎn)子， 調(diào)整樣品管的高度， 樣品管插入深度與量筒的底部相平。如果液體較少，則使液體中刻度與量筒刻度齊平。3. 將轉(zhuǎn)子按序列放入進樣器，在控制臺中編制樣品名稱、序號、溶劑、檢測種類和其他參數(shù)。設(shè)置完成后提交，開始測試。4. 在實驗記錄本上對實驗進行記錄。并在測試結(jié)束后將樣品管取下。測試過程中，儀器會經(jīng)歷 6個步驟：. Load進樣：通過壓縮空氣使樣品進入機體；. ATM 調(diào)諧

7、. Lock鎖場：根據(jù)相應(yīng)的氘代溶劑，進行鎖場，已消除電磁波漂移或電磁體的不穩(wěn)定情況；. Shim勻場：保持穩(wěn)定均勻地磁場；. Acq采集：采集核磁信號；. Proc處理：控制臺對譜圖進行自動處理。測試完成后，對所的譜圖進行處理：1. Adjust phase調(diào)整相位：將譜圖變形的相位調(diào)回最佳的對稱位置；2. Calibrate axis譜圖校準：通過 TMSi 或溶劑對核磁譜圖進行校準；3. Pick peaks標峰：標識出峰的位置；4. Integrate peaks積分：計算對應(yīng)峰的大小， 并選擇其中峰型較好的作為基準。5. Plot打?。赫{(diào)整譜圖范圍，打印譜圖。六、試驗數(shù)據(jù)處理及分析圖

8、3 化合物預測氫譜和碳譜七、注意事項： 制樣中的注意點（1） ） 要得到高分辨率的譜圖， 樣品溶液中絕對不能有懸浮的灰塵和纖維，一般情況下用棉花和濾紙把樣品直接過濾到樣品管中。（2） ） 測試微量樣品時， 要帶手套處理樣品， 以防止手指上的微量懸浮物溶在溶液中，否則 1 H-NMR譜中1,4ppm mm 會出現(xiàn)一個 7Hz裂分的雙峰，可能來自丙氨酸或者乳酸。（3） ） 控制樣品量， 一般對于 1 H-NMR 來說需要的量比較小， 大概幾個毫微摩爾就可以了，對于二纖維譜和碳譜濃度就要比較大，最好有幾十個毫摩爾。（4） ） 氘代溶劑選擇時需要注意使樣品容溶解，溶劑峰和樣品峰沒有重疊，黏度低，并且價

9、格便宜。（5） ） 控制溶劑量，一般樣品的溶劑量應(yīng)該為0.5ml，大概在核磁管中的長度為4cm 左右，溶劑量太小會影響勻場，進而影響實驗的濃度和譜圖的效果，溶劑量太大會導致浪費。（6） ） 盡量選用優(yōu)質(zhì)核磁樣品管，樣品管必需清洗干凈， 無殘留溶劑和雜質(zhì)，以免影響測試結(jié)果， 并且最好不要在核磁管上亂貼標簽， 這會導致核磁管軸向的不均衡， 在樣品旋轉(zhuǎn)時影響 mm 分別率，還有可能大碎核磁管造成重大損失。其它注意點：（7） ） 樣品在磁場的位置很重要， 應(yīng)保證處在磁場的幾何中心， 除非有其它要求。（8） ） 注意將磁性物體遠離磁體，它們可能對磁體、 勻場線圈和探頭造成嚴重損壞，盛裝低溫液體的同心杜瓦

10、可能被強力撞裂。八、思考題1. 產(chǎn)生核磁共振的必要條件是什么？答： 1.原子核必須具有核磁性質(zhì)，即必須是磁性核(或稱自旋核)具有自旋現(xiàn)象，自旋量子數(shù)不為0。2. 需要有外加磁場，磁性核在外磁場作用下發(fā)生核自旋能級的躍遷，從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)需吸收能量，外加磁場能量要足夠大，場強足夠強。3. 只有那些能量與核自旋能級能量差相同的電磁輻射才能被共振吸收，這就是核磁共振波譜的選擇性。由于核磁能級的能量差很小，所以共振吸收的電磁輻射波長較長，處于射頻輻射光區(qū)。2. NMR中化學位移是否隨外加磁場改變而改變，為什么？答：化學位移是依賴于磁場強度的。為了使化學位移不依賴于磁場強度，通常用來表示：樣品 -TMS核磁共振儀所用頻率1063. 核磁共振波譜圖的峰高是否能作為質(zhì)子比的可靠量度？積分高度和結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？答：不