(仪器分析)17.2核磁共振谱仪
核磁共振波谱仪的原理
核磁共振波谱仪（Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer，简称NMR）是一种用于研究核磁共振现象的仪器。
核磁共振波谱仪的工作原理涉及到核磁共振现象，这是一种基于原子核的磁性质的现象。
以下是核磁共振波谱仪的基本原理：
1. **磁共振现象：** 在外加磁场的作用下，原子核会表现出特定的磁性质。
当原子核受到外部磁场的作用时，其核自旋会在磁场方向上取向，分裂成不同能级。
这种取向的过程涉及到吸收或发射电磁辐射的能量，这就是核磁共振现象。
2. **射频脉冲：** 核磁共振波谱仪通过在样品中施加射频脉冲来激发样品中的原子核。
这个射频脉冲的频率通常与特定核的共振频率相匹配。
3. **共振频率测定：** 通过逐渐增加外部磁场的强度，使得样品中的原子核逐渐达到共振条件，从而测定原子核的共振频率。
4. **检测信号：** 在样品中的原子核共振时，它们会发出信号。
这个信号被检测器捕获，然后转化为核磁共振波谱。
5. **数据处理：** 捕获的信号经过处理，通过傅里叶变换等数学方法，将其转换为核磁共振谱图，其中包含了关于样品中不同原子核的信息。
核磁共振波谱仪广泛应用于化学、生物化学、医学等领域，用于分析化合物的结构、研究分子运动、探测生物体内的代谢过程等。
核磁共振波谱仪仪器构成
核磁共振波谱仪仪器构成一、核磁共振波谱仪的基本原理核磁共振波谱仪（Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer）是一种用于研究物质中原子核的结构和性质的仪器。
其基本原理是利用物质中原子核的自旋角动量和外加磁场之间的相互作用，通过给样品施加射频脉冲，使原子核从低能级跃迁到高能级，然后测量其回到基态时所发出的无线电频率，从而获得原子核的共振信号。
二、核磁共振波谱仪的仪器构成1. 磁场系统核磁共振波谱仪的磁场系统主要由大型超导磁体和磁场梯度线圈组成。
超导磁体产生均匀持续的强磁场，常用的磁场强度为1-20特斯拉。
磁场梯度线圈用于在样品空间内产生磁场梯度，以解析不同位置的共振信号。
2. 射频系统射频系统主要由射频发生器、射频放大器和探头三部分组成。
射频发生器产生特定频率和强度的射频脉冲信号，射频放大器将其放大至足够强度，探头则将射频信号传输至样品的附近。
3. 检测系统检测系统主要包括接收线圈、调谐电路和接收器。
接收线圈将样品发出的高频信号转换为电信号，并将其传输至接收器，接收器再进行放大、滤波和数字化处理。
4. 控制系统控制系统用于控制整个仪器的运行。
它包括仪器的开关控制、温度控制、数据采集与处理等功能。
5. 计算机系统计算机系统是核磁共振波谱仪的核心部分，它用于控制仪器的运行参数、采集原子核共振信号、进行数据处理和分析，并最终生成波谱图谱。
6. 样品及样品装载系统样品是核磁共振波谱分析的研究对象，常见的样品包括液体样品和固体样品。
样品装载系统用于将样品放置在仪器的样品室中，并确保样品处于磁场的均匀度区域。
7. 显示与记录系统显示与记录系统主要由显示器、打印机和存储设备组成。
显示器用于实时显示样品的核磁共振波谱图谱，打印机用于将波谱图谱输出成纸质文档，存储设备则用于长期保存和管理数据。
总结：核磁共振波谱仪由磁场系统、射频系统、检测系统、控制系统、计算机系统、样品及样品装载系统以及显示与记录系统组成。
布鲁克 核磁共振光谱仪器介绍
布鲁克核磁共振光谱仪器介绍一、引言核磁共振光谱仪（Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer, NMR）是一种通过研究物质中原子核的磁共振现象来获取物质结构和性质信息的仪器。
布鲁克公司是一家世界知名的科学技术公司，其核磁共振光谱仪在科研和工业界都有着广泛的应用。
本文将介绍布鲁克核磁共振光谱仪的基本原理、技术特点、应用领域及未来发展趋势。
二、基本原理核磁共振光谱仪利用原子核在外加磁场作用下的共振现象来获取原子核周围的电子环境信息。
当原子核在外加磁场中受到射频脉冲的作用后，会吸收或发出特定频率的辐射，从而产生共振信号。
根据原子核的不同化学环境，共振信号的频率和强度也会有所不同，通过分析这些共振信号可以得到样品的化学结构和性质信息。
三、技术特点1. 高灵敏度：布鲁克核磁共振光谱仪具有高灵敏度的特点，可以探测低浓度的样品，并且在高分辨率下获取共振信号，能够更精确地确定样品的结构和性质。
2. 多维谱学：布鲁克核磁共振光谱仪支持多维谱学实验，可以通过多种角度观察样品的共振信号，从而获取更全面的信息，提高样品分析的准确性。
3. 自动化控制：布鲁克核磁共振光谱仪具有自动化控制系统，可以进行多组样品的连续分析，提高实验效率，并且可以自动记录和处理数据，减少人为误差。
4. 多样化样品支持：布鲁克核磁共振光谱仪支持多种样品类型的分析，包括溶液样品、固体样品和生物样品等，广泛适用于化学、材料、生物等领域的研究。
四、应用领域布鲁克核磁共振光谱仪在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。
主要包括以下几个方面：1. 化学研究：布鲁克核磁共振光谱仪可以用于分析有机化合物、无机化合物、配位化合物等，对化合物的结构和性质进行详细研究，为新材料的设计和合成提供重要依据。
2. 药物研发：在药物研发过程中，布鲁克核磁共振光谱仪可以用于分析药物的结构、纯度和稳定性，保证药物的质量和安全性。
3. 生物医学研究：布鲁克核磁共振光谱仪可以用于分析生物大分子如蛋白质、核酸等的结构和功能，对于生物医学领域的研究具有重要意义。
核磁共振谱仪
一维PRF-NMR实验
优势：
PRF-NMR实验测定速度快，除可进行核的动态 过程、瞬变过程、反应动力学等方面的研究外， 还易于实现累加技术。因此，从共振信号强的19F、 1H到共振信号弱的13C、15N核，均能测定。
虑进动和偶合的脉冲。
射频脉冲的作用：对自旋体系施加射频脉冲以实现对体系的控制。
FFT
射频脉冲翻转角
纵向磁化强度M0在射频脉冲的作用下，偏离z轴，与z轴成θ角，这个θ角称为 翻转角。使M0发生θ角翻转的射频脉冲称为θ角脉冲。
θ = B1（ 为脉冲持续时间）
一维PRF-NMR实验
在脉冲傅里叶变换核磁共振仪（PFT－NMR）中，采用恒定磁场，用一定频率宽 度的射频强脉冲辐照试样，激发全部欲观测的核，得到全部共振信号。当脉冲 发射时,试样中每种核都对脉冲中单个频率产生吸收.接收器得到自由感应衰减 信号(FID),这种信号是复杂的干涉波,产生于核激发态的弛豫过程。
电磁体 (80MHz和100MHz，脉冲傅里叶变换谱仪)
• 超导磁体 (100MHz以上)
超导磁体的结构：
1、液氮容器的气门 2、液氦容器气门 3、高绝缘和高真空 4、主磁场螺旋线圈+液氦 5、样品升降和选择装置 6、NMR样品管 7、室温匀场线圈 8、探头
2
2
1
5
1
4
4
6
78
谱仪控制台
➢射频源：类似于激发源。为提高分辨率，频率波动应小于10-8，输出功 率(小于 1W)波动应小于1%。 ➢锁场系统： a) 通过磁通稳定器补偿磁场漂移（温度、磁铁内电流的变化）; b) 通过场频连锁。 ➢匀场系统：将通有电流的线圈放入磁场中，利用它产生的磁场来补偿磁场本身的 微小不均匀性。现在开发的探头基本上具备了梯度匀场功能。 ➢气路系统：控制样品的升降，样品的旋转 (20-30转/s)。样品旋转时要注意：在 样品管试液上加一塞子，防止产生旋涡；样品旋转产生旋转边带，在信号峰两侧出 现对称小峰，引起干扰，可通过改变转速观察边带信号的移动，以识别哪些是边带 ，哪些不是。
核磁共振波谱法-仪器分析
第一节 核磁共振波谱法基本原理
principles of nuclear magnetic resonance
• 一、原子核的自旋 • 二、核磁共振现象 • 三、自旋驰豫
16:10:52
一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋，产生核磁矩．
自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩．
• 核磁共振波谱法:
ห้องสมุดไป่ตู้
•
利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与
定量分析的方法.
在有机化合物中，经常研究的是1H和13C的共 振吸收谱，重点介绍H核共振的原理及应用
16:10:52
NMR与UV-Vis、IR比较
吸收 能量
紫外-可见
红外
核磁共振
无线电波1~300m
紫外可见光 200~800nm
红外光
760nm~1000 m
16:10:52
本章要求：
• 掌握核自旋类型；自旋能级分裂；共振 吸收的条件；屏蔽效应；化学位移及其 影响因素；自旋偶合和自旋分裂；偶合 常数；广义n+1规律；核磁共振氢谱一级 图谱分析
• 了解核磁共振仪；常见质子的化学位移, 碳谱。
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概述
核磁共振( NMR) : “原子核”在磁场中吸收一定频率的无线电波， 而发生自旋能级跃迁的现象。
质量数为偶数
原子序数为 偶数
自旋量子数为0
无自旋 12C6,32S16,16O8
质量数为奇数
原子序数为 奇或偶数
自旋量子数为 1/2,3/2,5/2
质量数为偶数
原子序数为 奇数
自旋量子数为 1,2,3
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核磁共振波谱仪操作
2
二、NMR仪器的基本构成
1、外加磁体（400M超导磁体）：磁场强度越强，灵敏度越高。
2、高分辨探头： 圆柱形， 在磁体中心，放样品管 作用： 发射脉冲电磁波，检测核磁共振信号
3、高频电磁波发生器及接受器（脉冲FT- NMR ）： 脉冲时间短，提高S/N比 4、数据记录及处理系统
3
三、 核磁共振主要参数 1、 化学位移 chemical shift
是否对称 峰越细（半峰宽越小）越好 单峰不应有裂分
34
7、常用参数说明
脉冲序列，通常为zg30，不同实验使用不同 的脉冲序列 ns采样次数 sw谱宽 o1p谱宽的中心点在坐标轴上的坐标
35
或 者 直 接 使 用 等 命 令 修 改 参 数
sw,ns
36
37
8、采样前准备
1. 2. 3.
apk命令，自动相位校正 abs命令，自动基线校正 view命令，预览谱图 plot命令，打印谱图
51
样 标 6 10 ( ppm) 标
5
NMR标准物质的选择标准： 秃核(无屏蔽作用)或电子云密度非常大的核(屏蔽 作用非常大， = 0)， 化学位移定为零
CH3 H3C Si CH3 CH3
四甲基硅烷结构式
6
2、自旋-自旋耦合spin-spin coupling
核自旋通过成键电子与附近相邻磁性核自旋间的 相互作用所引起的NMR谱线分裂现象 谱线分裂数的n+1规则: 相邻原子上的质子数以n表示，则简单氢谱NMR谱
核磁共振条件: = B0 /2。依此公式，只有单 个质子峰未考虑核外电子云的影响。实际上质 子受到屏蔽作用 氢核实际所受的磁场为： B0-Be = (1-) B0 = [(1-) B0]/ 2 ：屏蔽常数
核磁共振谱仪的操作步骤与信号处理方法
核磁共振谱仪的操作步骤与信号处理方法核磁共振谱仪是现代化学分析中不可或缺的仪器之一。
它通过利用核磁共振现象来测定化学物质的结构和组成，在有机合成、药物研发、化学品分析等领域具有广泛的应用。
本文将介绍核磁共振谱仪的操作步骤与信号处理方法。
核磁共振谱仪的操作步骤一般包括样品制备、样品装填、谱图采集和分析等几个基本环节。
首先是样品制备。
核磁共振谱仪所测定的样品通常是溶液态，因此首先需要将固体样品溶解在适当的溶剂中。
溶剂的选择要符合谱图分析的要求，通常选用无水乙醇、二甲基甲酰胺等溶剂。
然后将样品溶液转移到核磁共振管中，保证样品的浓度适中，以获得较好的谱图质量。
接下来是样品装填。
核磁共振管是一根长而细的玻璃管，能够容纳样品溶液。
在装填样品之前，需要先清洁核磁共振管，在氮气或空气中进行彻底干燥，以避免杂质的影响。
然后将样品溶液用吸管装入核磁共振管中，确保样品密封完好，以避免氧气和湿气的进入。
接下来是谱图采集。
在进行核磁共振谱测量之前，需要先设置核磁共振谱仪的参数。
包括选择合适的核磁共振谱仪频率、选择合适的脉冲序列等。
然后，将核磁共振管放入核磁共振谱仪中，并进行标定。
标定步骤主要包括标定化学位移参考物质和调整剧烈强度等。
最后，通过控制谱仪的电子学部分，收集核磁共振信号，得到核磁共振谱图。
最后是信号处理。
核磁共振信号处理是核磁共振谱仪操作的最后一步，用于提取和解析核磁共振谱图中所包含的信息。
主要包括线宽调整、积分、拟合等处理方法。
线宽调整是将谱图中的峰变窄，以提高分辨率。
积分是对谱图中的峰进行面积计算，用于定量分析和定性分析；拟合是通过曲线拟合方法，将谱图中的峰与特定的化学结构联系起来，帮助确定样品的组成和结构。
需要指出的是，核磁共振谱仪的操作需要具备一定的理论基础和实际经验。
不同的样品和实验目的可能需要不同的操作方法和参数设置。
此外，还需要注意核磁共振谱仪的维护和保养，以确保其工作状态良好。
通过学习核磁共振谱仪的操作步骤与信号处理方法，我们可以更好地利用这一仪器来进行化学分析与研究。
核磁共振波谱仪操作流程
核磁共振波谱仪操作流程核磁共振波谱仪（Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer）是一种用于分析和研究物质结构的仪器。
它利用核磁共振现象，通过测量样品中原子核的共振信号来获取有关样品结构、组成和动力学性质的信息。
本文将介绍核磁共振波谱仪的操作流程，以帮助读者更好地了解如何正确使用该仪器。
一、准备工作在开始操作核磁共振波谱仪之前，需要进行一些准备工作。
首先，确保波谱仪处于正常工作状态，并连接好电源和外部设备。
其次，检查并准备好所需的试剂和样品，根据实验要求选择合适的溶剂，并将样品溶解在其中。
最后，进行样品标记，确保每个样品都有明确的标识，以免混淆。
二、温度调节核磁共振波谱仪通常需要在一定的温度范围内进行测量。
在操作前，需要先调节波谱仪的温度。
具体操作如下：1. 打开波谱仪的温度调节系统，并将温度设置到所需的范围内。
2. 等待一段时间，直到波谱仪内部的温度稳定在设定值附近。
3. 在温度稳定后，将样品放入波谱仪中，并等待一段时间，使样品达到与波谱仪内部温度相同的温度。
三、调整参数在开始实验之前，需要根据实验要求调整波谱仪的参数。
常见的参数包括谱线宽度、扫描次数、脉冲宽度、增益等。
调整参数的目的是获得清晰的核磁共振信号，以便后续数据分析和解释。
具体操作如下：1. 打开波谱仪的参数设置界面，并选择需要调整的参数。
2. 调节参数数值，观察谱图的变化，直到达到最佳的信噪比和分辨率。
3. 保存参数设置，以便后续测量使用。
四、采集核磁共振波谱完成准备工作和参数调整后，即可开始采集核磁共振波谱。
具体操作如下：1. 选择所需的核磁共振实验模式，例如1H-NMR、13C-NMR等。
2. 将样品放置在波谱仪的样品室中，并将盖子封好。
3. 启动核磁共振波谱仪，选择合适的扫描方式和参数，开始采集信号。
4. 等待采集完成后，保存数据，并按照需要进行后续的数据处理和分析。
五、仪器维护在操作完成后，需要对核磁共振波谱仪进行维护和清洁，以保证其正常的运行和长期的可靠性。
核磁共振仪器介绍
AdvanceTIII HD NanoBay, equipped with CryoProbe Prodigy and autosampler SampleXpres
15
最新软件TopSpinTM: 集测试、数据处理及结构模拟等功能。
16
商用固态 DNP-NMR 系统 （
特点： • Bruker 的 263 和 395 GHz DNP-NMR 光谱仪是 世界上首批商用固态 DNP-NMR 系统。 • 这两款光谱仪扩大了 DNP 固态 NMR 实验 的范围。 • 提高生物分子 NMR 敏 感度，令固态 NMR 的 敏感度提高多达 80。
• 使用液氮制冷 • 成本低，体积小
应用最广泛的探头 • 正向&反向 • 宽带（BB)包括19F • 1H&19F去耦 • 全自动调谐 • 高灵敏度
超低温探头系统 T=20K
12
Fourier 300 NMR谱仪
• 为化学教育和化学分析 的所有普通应用提供经 济型NMR.
• 具有结构紧凑、体积小、 重量轻、分辨率优、成 本低等特点。
14
Advance III HD Nano Bay
• 是迄今为止集成程度最高的先进 NMR 光谱仪。高效率、高品质，适 用于各种常规和研究应用领域。 技术细节： • 易于安放 ，适合放入小型分析实验 室 • 包含 Ascend™ 磁技术 • 自动取样系统等 • 直观的常规用户界面 TopSpin™
技术细节： • 263 GHz 固态 DNP 光谱仪 • 25 W 263 GHz 回旋管 • 9.7 T 回旋管磁体，带超导炮线圈 • 控制系统硬件和软件、电源和冷却网络 • 263 GHz 微波波导线，从回旋管传输到 NMR 样品 • 低温 MAS 探头，带内建波导和冷压气体供应
现代仪器分析——核磁共振波谱法
射频发射器
• 产生一个与外磁场匹配的射频频率，提供能量是自旋核从低能级跃迁到高能级。 • 相当于光谱仪中的光源。 • 测定的自旋核不同，射频发生器不同
– 在7.0463T的磁场中， 对1H射频发生器应产生 300MHz电磁波，而对13C，应产生75.432MHz的 电磁波。
10
射频接收器
• 接收携带样品核磁共振信号的射频输出，并传送到放大器放大。 • 相当于光谱仪器中的检测器。
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 变温元件
11
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
浓度无关；分子间氢键，其化学位移的值与溶剂的性质以及浓度有关
15
4、自旋偶合、裂分
为什么每类氢核不总表现为单峰、有时出现多重峰？ 原因：相邻两个氢核核磁距之间的自旋偶合（自旋干扰）
CH3CH2I
CH2I
-CH3
TMS
8.0
7.0
6.0ห้องสมุดไป่ตู้
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0
δ /ppm
自旋偶合与自旋裂分
– 自旋氢核产生的顺着或逆着外磁场方向的核自旋磁 场可以影响到相距较近的另外一个氢核，使其核磁 共振频率发生分裂：
– 偶合关系的判断：
• 峰的裂分是对等的 – 裂分峰间距相等； – 两组峰相向
• 偶合是短程的
– 相互裂分的氢核间只 能间隔两到三个化学 键；
一文看懂核磁共振波谱仪
06
疑难解答
疑难解答
07
元素周期表中所有元素都可以测出核磁共振谱吗？
元素周期表中所有元素都可以 测出核磁共振谱吗？
不是。首先，被测的原子核的自 旋量子数要不为零；其次，自旋 量子数最好为1/2（自旋量子数 大于1的原子核有电四极矩，峰 很复杂）；第三，被测的元素 （或其同位素）的自然丰度比较 高（自然丰度低，灵敏度太低， 测不出信号）。
常见问题解答
共振氘代试剂需要多少样品量？
不同场强需要的样品量不同，如300兆核磁、分子量是几百的样品，测氢 谱大约需要2mg以上的样品，测碳谱大约需要10mg以上。600兆核磁测 氢谱大约需要几百微克。
常见问题解答
配制样品为什么要用氘代试剂？怎样选择氘代试剂？
因为测试时溶剂中的氢也会出峰，溶剂的 量远远大于样品的量，溶剂峰会掩盖样品 峰，所以用氘取代溶剂中的氢，氘的共振 峰频率和氢差别很大，氢谱中不会出现氘 的峰，减少了溶剂的干扰。在谱图中出现 的溶剂峰是氘的取代不完全的残留氢的峰。 另外，在测试时需要用氘峰进行锁场。
由于氘代溶剂的品种不是很多，要根据样品的极性选择极 性相似的溶剂，氘代溶剂的极性从小到大是这样排列的： 苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亚砜、吡啶、甲醇、水。还 要注意溶剂峰的化学位移，最好不要遮挡样品峰。
09
解析合成化合物的谱、植物中提取化合物的谱和未知化合物的谱， 思路有什么不同？
解析合成化合物的谱、植物中 提取化合物的谱和未知化合物 的谱，思路有什么不同？
02
特点
特点
核磁共振波普法具有精密、准 确、深入物质内部而不破坏被 测样品的特点。此外，核磁共 振是目前唯一能够确定生物分 子溶液三维结构的实验手段。
核磁共振谱图
核磁共振及数据输出
核磁共振谱仪
核磁共振谱仪
600 MHz
控制
数据储存; 数据处理; 总体控制.
数据信息交流
运行控制 磁体控制
计算机
磁体 探头 机柜
探头(tube)
探头上装有发射和接收线圈，在测试时样品管放入探头中，处于发射和接收 线圈中心。工作时，发射线圈发射照射脉冲，接收线圈接收共振信号。所以
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4
1
7
8
谱仪控制台
射频源：类似于激发源。为提高分辨率，频率波动应小于10-8，输出功 率(小于 1W)波动应小于1%。 锁场系统： a) 通过磁通稳定器补偿磁场漂移（温度、磁铁内电流的变化）; b) 通过场频连锁。
匀场系统：将通有电流的线圈放入磁场中，利用它产生的磁场来补偿磁场本身的
射频脉冲的作用：对自旋体系施加射频脉冲以实现对体系的控制。
FFT
射频脉冲翻转角
纵向磁化强度M0在射频脉冲的作用下，偏离z轴，与z轴成θ角，这个θ角称为 翻转角。使M0发生θ角翻转的射频脉冲称为θ角脉冲。
θ = B1（ 为脉冲持续时间）
一维PRF-NMR实验
在脉冲傅里叶变换核磁共振仪（PFT－NMR）中，采用恒定磁场，用一定频率宽 度的射频强脉冲辐照试样，激发全部欲观测的核，得到全部共振信号。当脉冲 发射时,试样中每种核都对脉冲中单个频率产生吸收.接收器得到自由感应衰减 信号(FID),这种信号是复杂的干涉波,产生于核激发态的弛豫过程。 FID信号是时间的函数，经滤波、转换数字化后被计算机采集，再由计算机进 行傅里叶变换转变成频率的函数，最后经过数/模转换器变成模拟量，显示到 屏幕上或记录在记录纸上，得到通常的NMR谱图。
微小不均匀性。现在开发的探头基本上具备了梯度匀场功能。 气路系统：控制样品的升降，样品的旋转 (20-30转/s)。样品旋转时要注意：在 样品管试液上加一塞子，防止产生旋涡；样品旋转产生旋转边带，在信号峰两侧出 现对称小峰，引起干扰，可通过改变转速观察边带信号的移动，以识别哪些是边带 ，哪些不是。
仪器分析核磁共振波谱分析课件
2024/4/7
仪器分析核磁共振波谱分析课件
图12.9
·共轭效应：影响电子云密度，如，甲氧基苯环上的H，邻位的化学位移为 6.84，对位的化学位移为6.99，间位的化学位移为7.81。杂化影响：若无其它 效应的影响，杂化轨道随S成分增加而电子云密度降低，屏蔽作用减小，化
学位移增大
2024/4/7
仪器分析核磁共振波谱分析课件
2024/4/7
仪器分析核磁共振波谱分析课件
因此，处于高能级的核必须回到低能态，才能维持处
于低能态的核的微弱的数量优势，使得核磁共振信号得以 检测。这一过程以非辐射的形式实现，称为驰豫过程，可 分为： 1、自旋--晶格驰豫，又称纵向驰豫:
自旋核与周围分子交换能量的过程，如固体的晶格， 液体则为周围的同类分子或溶剂分子。用弛豫时间T1 示。 2、自旋--自旋驰豫，又称横向驰豫:
2024/4/7
（a）在CDCl3中 (b)~(d)中为逐步加入苯 4 二甲基甲酰胺的溶剂效应
仪器分析核磁共振波谱分析课件
2024/4/7
图12.15 苯环对二甲基甲酰胺甲基的屏蔽
仪器分析核磁共振波谱分析课件
交换反应： 1.位置交换: 活泼氢，如-OH, -SH,-COOH, -NH2 2.构象交换: 环己烷平伏键与直立键
2024/4/7
图12.13 单键的各向异性
仪器分析核磁共振波谱分析课件
（二） 氢键的影响：分子形成氢键后，使质子周围电子云密度降低，产生去屏
蔽作用而使化学位移向低场移动，如醇类、胺类和酸类等。
1． 分子间氢键：受溶液浓度、温度和溶剂的影响较显著； 2． 分子内氢键：几乎不受溶液浓度、温度和溶剂的影响。 溶剂效应：如二甲基甲酰胺，随各向异性溶剂苯的加入，两个甲基化学位移 发生变化
一文看懂核磁共振波谱仪
核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance，简写为NMR）是材料表征中最有用的一种仪器测试方法，它与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱被人们称为“四谱”，广泛应用于物理学、化学、生物、药学、医学、农业、环境、矿业、材料学等学科，是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，亦可进行定量分析。
目前核磁共振与红外、质谱仪等其他仪器配合，已鉴定了十几万种化合物。
原理核磁共振谱来源于原子核能级间的跃迁。
只有置于强磁场中的某些原子核才会发生能级分裂，当吸收的辐射能量与核能级差相等时，就发生能级跃迁而产生核磁共振信号。
用一定频率的电磁波对样品进行照射，可使特定化学结构环境中的原子核实现共振跃迁，在照射扫描中记录发生共振时的信号位置和强度，就得到核磁共振谱。
核磁共振谱上的共振信号位置反映样品分子的局部结构（如官能团，分子构象等），信号强度则往往与有关原子核在样品中存在的量有关。
特点核磁共振波普法具有精密、准确、深入物质内部而不破坏被测样品的特点。
此外，核磁共振是目前唯一能够确定生物分子溶液三维结构的实验手段。
核磁共振谱图核磁共振及数据输出核磁共振波谱仪按工作方式可分为两种：（1）连续波核磁共振谱仪(CW-NMR)射频振荡器产生的射频波按频率大小有顺序地连续照射样品，可得到频率谱；（2）脉冲傅立叶变换谱仪（PET-NMR）射频振荡器产生的射频波以窄脉冲方式照射样品，得到的时间谱经过傅立叶变换得出频率谱。
连续波核磁共振谱仪由磁场、探头、射频发射单元、射频、磁场扫描单元、[k1] [WU2] 射频检测单元、数据处理仪器控制六个部分组成。
频率大的仪器，分辨率好、灵敏度高、图谱简单易于分析。
连续波核磁共振谱仪结构图相关阅读：连续波核磁共振谱仪原理图脉冲傅立叶变换谱仪原理图优缺点对比测定对象元素NMR波谱按照测定对象分类可分为：1H-NMR谱（测定对象为氢原子核）、13C-NMR谱及氟谱、磷谱、氮谱等。
核磁共振谱仪使用及原理
核磁共振谱仪使用及原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊核磁共振谱仪，这玩意儿可神奇啦！你说这核磁共振谱仪啊，就好比是一个超级侦探，可以深入物质的内部，把它们的秘密都给挖出来。
咱平常看东西，那都是表面上的，可它能看到分子层面的东西呢！是不是很厉害？想象一下啊，把要研究的东西放进去，它就开始工作啦。
就像一个细心的大厨，一点一点地分析食材的成分。
它能告诉我们分子里面有啥，结构是咋样的。
这可太重要啦，好多科学家都靠它来搞研究呢！那它到底是怎么工作的呢？简单来说，就是利用一种特殊的磁场和无线电波。
就好像给这些分子来了一场特别的“音乐会”，让它们在里面跳舞，然后通过它们跳舞的节奏和方式来了解它们。
这比喻形象吧！使用核磁共振谱仪也有不少讲究呢。
就像你开车得遵守交通规则一样，操作它也得按照步骤来。
得先把样品准备好，可不能随随便便就放进去。
然后要调好各种参数，就像给它调好“音量”和“节奏”。
要是调得不对，那可就得不到准确的结果啦，那不就白忙活啦！而且啊，操作它还得小心谨慎。
这可不是玩具，不能随便乱碰。
万一不小心弄坏了，那损失可就大啦！不过也别太担心，只要认真学，多练习，肯定能掌握好的。
咱再说说它的应用吧，那可真是广泛得很呢！在医学上，可以帮助医生诊断疾病，看看身体里面有没有啥问题。
在化学上，更是化学家们的好帮手，能让他们搞清楚各种化合物的结构和性质。
在材料科学里，也能发挥大作用呢，看看材料的质量好不好。
你说这核磁共振谱仪是不是个宝贝？它就像一个默默无闻的英雄，在背后为我们的科学研究和生活提供着强大的支持。
咱可得好好珍惜它，让它发挥出更大的作用！所以啊，朋友们，核磁共振谱仪可真不简单！它是我们探索未知世界的有力武器，是科学进步的重要推动者。
让我们一起好好利用它，去发现更多的秘密吧！。
仪器分析—核磁共振
核磁共振与紫外、红外比较
共同点都是吸收光
紫外—可见
红外
核磁共振
吸收 能量
紫外可见光 200~780nm
红外光 780nm~1000m
无线电波1~100m 波长最长，能量最 小,不能发生电子 振动转动能级跃迁
吸收峰裂分谱线增加的现象称为自旋—自旋裂分。
氢核吸收峰的裂分是因为分子中相邻氢核之间发
生了自旋相互作用，自旋核之间的相互作用称为自
旋—自旋偶合。
自旋偶合不影响化学位移，但会使吸收峰发生裂
分，使谱线增多，简称自旋裂分。
自旋裂分峰数目及强度
（1）化学环境完全相同的原子，虽然它们有很强的偶合作用， 但无裂分现象。 例：-CH3不发生裂分 （2）分子中化学位移相同的氢核称为化学等价核；把化学位 移相同，核磁性也相同的称为磁等价核。磁等价核之间虽 有偶合作用，但无裂分现象，在NMR谱图中为单峰。
自旋角动量的大小，取 决于核的自旋量子数 I。 I值得变化是不连续的， 这能是0、半整数（分 数）、整数。
实践证明：自旋量子数（I）与原子质量数（A）、质子数（Z）、中
子数（N）有关：
各种核的自旋量子数 质量数 A 偶数 奇数 奇数 偶数 原子序数 Z 偶数 奇或偶数 奇或偶数 奇数 自旋量子数 I NMR 信号 原子核
（4）裂分峰之间的峰面积或峰强度之比符合二项 展开式各项系数比的规律。（a+b）n n为相邻 氢核数
n=1 （a+b）1 1︰1
n=2 （a+b）2
1︰2 ︰1
n=3 （a+b）3
1︰3︰3 ︰1
例：
核磁共振波谱仪功能原理
核磁共振波谱仪是一种研究原子核对射频辐射吸收的仪器，它能够对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析，有时也可以进行定量分析。
其工作原理如下：
在强磁场中，原子核发生能级分裂。
当原子核吸收外来电磁辐射时，将发生核能级的跃迁，即产生所谓的NMR现象。
当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同时，射频场的能量才能被原子核有效地吸收，为能级跃迁提供助力。
因此，某种特定的原子核在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。
核磁共振波谱仪主要有两大类：高分辨核磁共振谱仪和宽谱线核磁共振谱仪。
前者主要用于有机分析，只能测液体样品；后者可直接测量固体样品，在物理学领域应用较多。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅核磁共振波谱仪的书籍或者咨询相关专业人士。
核磁共振波谱仪使用方法
核磁共振波谱仪使用方法
核磁共振（NMR）波谱仪是一种广泛应用于化学、生物化学、药物学等领域的实验仪器，其基本原理是通过排列在强磁场中的核自旋的共振吸收来得到分子结构信息。
以下是核磁共振波谱仪的使用方法：
1. 样品的制备
首先需要准备待测试的样品。
根据不同的样品和实验目的，样品的制备有着不同的方法和要求。
一般来说，需要将待测试物质溶于有机液体，如CDCl3或DMSO等，并在的条件下制成溶液。
2. 样品的放置
将制备好的样品溶液放入核磁共振波谱仪的试管中，并将试管装入样品自动旋转的夹具中。
3. 调整参数
根据不同样品的特性及实验目的的需要，需调整不同的
参数。
包括射频场强度、扫描范围、扫描速度等。
4. 开始扫描
调整好参数后，启动波谱仪进行扫描，以产生核磁共振信号。
通常需要多次扫描以提高信噪比和获得更好的谱图。
5. 数据处理和分析
完成扫描后，需要对得到的核磁共振信号进行数据处理和分析，可使用专业核磁共振数据处理软件，进行验证、分析、比对和判断。
通常需要经过多道处理的算法处理，最终能够得到图形并进一步进行数据解析和结论提取。
需要注意的是，在使用核磁共振波谱仪的过程中需要遵守相关安全操作规定，避免对人和设备造成危害。
同时，波谱仪的使用需要具备专业知识和技能，建议由专业人士进行操作或指导。
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17.2.1 仪器发展过程
（1）二十世纪60年代出现了高分辨核磁共振波谱仪。 （2）二十世纪70年代出现了脉冲傅里叶变换核磁共振 波谱仪。 （3）二十世纪80年代末600MHz的超导谱仪 。 （4） 现在磁场强度为800MHz的超导核磁共振波谱仪也 已经商品化。 （5）计算机技术极大促进了二维核磁共振（2D-NMR） 方法的发展。用于解决复杂结构问题。
第十七章 核磁共振波谱
分析法
Nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR
第二节 核磁共振波谱仪
Nuclear magnetic resonance spectrometer
17.2.1 仪器发展历程 17.2.2 核磁共振谱仪 17.2.3 样品制备 17.2.4 傅里叶变换核 磁共振波谱仪 17.2.5 超导核磁共振 波谱仪
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结束
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17.2.2 核磁共振波谱仪
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3 ．射频信号接受器（检测器）：当质子的进动频率与 辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在感应 线圈中产生毫伏级信号。
吸收前，在Y轴 上的矢量和为零,无Байду номын сангаас信号；吸收后，产 生信号。
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4．样品管：外径5mm的玻璃管，测量过程中旋转，磁场 作用均匀。
不是通过扫场或扫频 产生共振；
恒定磁场，施加全频 脉冲，产生共振，采集 产生的感应电流信号， 经过傅里叶变换获得一 般核磁共振谱图。 （类似于一台多道仪）
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17.2.5 超导核磁共振波谱仪
永久磁铁和电磁铁：磁场强度<2.5 T
超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导 材料制备的超导线圈；在低温4K， 处于超导状态；磁场强度>10T
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17.2.3 样品的制备
试样浓度：5%～10%；需要纯样品15～30 mg。 傅里叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1 mg 。
标样浓度（四甲基硅烷 TMS） ： 1%。 溶剂：1H谱 四氯化碳，二硫化碳。 氘代溶剂：氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物。
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17.2.4 傅里叶变换核磁共振波谱仪
开始时，大电流一次性励磁后， 闭合线圈，产生稳定的磁场，长年 保持不变；温度升高，“失超”； 重新励磁。 超导核磁共振波谱仪：
200～400MHz，600～800MHz。
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内容选择：
17.1 核磁共振原理 17.2 核磁共振波谱仪 17.3 1H核磁共振波谱 17.4 13C核磁共振波谱 17.5 二维核磁共振波谱