核磁共振(NMR)培训课件
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12
锁场匀场
❖匀场 通过“匀场”来解决磁场在一定的空间范围内的不均匀性 (相同的原子核在不同的空间位置会感受到不同的磁场强 度)。“匀场”是一种补偿静磁场的不均匀性的过程，通过 调节各组匀场线圈中的电流，使之产生的附加电流能抵消 静磁场的不均匀。
13
锁场匀场
❖匀场对NMR实验的影响
14
锁场匀场
核磁共振(NMR)培 训
1
第一章 仪器介绍
适用范围 核磁共振原理 仪器组成
2
适应范围
❖ NMR是研究原子核对射频辐射的吸收，它是对各种 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，有时亦可进行定量分析。
❖ 仪器配备ATMA功能BBFO探头（带有自动调谐功能， 可在无人干预状态下进行多种核的NMR实验）。
❖ 常用的氘代试剂 氘代氯仿、氘代DMSO、氘代丙酮、重水、氘代苯、 氘代DMF氘代甲醇等。
11
锁场匀场
❖ 氘代试剂的作用 试剂用氘代替氢是为了避免在氢谱上出现很强的溶剂峰，同 时也为锁场提供了条件。
❖ 锁场 现在的磁体都是超导的，磁体不会绝对的稳定，可能会出现 微小的变化，这种变化有时候对实验的影响是非常大的。因 此现在的超导核磁的谱仪上都有锁场的氘通道。通过对氘信 号的检测，判断磁场的变化，通过微小的附加电流来补偿磁 场的变化。
CDCl3-7.26ppm、DMSO-2.50ppm、D2O-4.7ppm、丙 酮-2.05ppm
❖杂质峰
杂质含量相对于样品少，所以杂质峰面积较小且与样品
峰面积没有简单的整数比关系。
23
谱图分析技巧
❖ 溶剂效用 溶剂的种类、样品溶液的浓度、pH值等，对核的屏蔽产生相 当的影响。（图例为H2O在不同溶剂中的化学位移变化）
16
NMR常用实验
❖ 13C
17
NMR常用实验
❖ 13C DEPT（极化转移增强）能够区分不同种类碳原子通常使 用PO为135°谱图上CH3和CH的峰为正峰，CH2为负峰，季 碳不出峰。通过对比13C谱与DEPT谱即可得出各种碳原子的 个数。
DEPT
18
NMR常用实验
❖ H-H COSY（同核位移相关谱）1H-1H多键相关。
8
样品准备
❖ 样品量 一般对于1HNMR来说需要的量比较小，大概10mg左 右就可以了，对于二维谱和碳谱浓度要比较大，最好 >50mg。
❖ 溶剂量 一般样品的溶剂量为0.6ml，大概在核磁管中的高度为 4cm左右。溶剂量太小了会影响匀场，进而影响实验 的速度，和谱图的效果。溶剂量太大了嘛，那就太浪 费了。
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋， 有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象。
5
仪器组成
液氮： -196℃，保持液氦温度，减少液氦损失。
液氦：
-269℃，提供超低温环境。
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;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。
O 2.2
CH3
R CH3 0.8
-COOH
❖ 峰面积
4.9< CH
3.6 R O CH3
1.2
H2 C
峰面积与核的数目成正比，根据各峰组的面积比，可以推
测各种核的数目比。 22
谱图分析技巧
❖耦合常数
C-H （1J）
❖溶剂峰
H-C-H （2J）
CH-CH （3J）
氘代试剂中未被氘代的氢。
常用氘代试剂的化学位移：
❖ 影响锁场匀场的因素：
样品溶液要有足够的高度。
样品是否均匀溶解于整个溶液。 溶液中有无悬浮的不溶物。 溶液的粘度。 溶液中是否有气泡。 溶液中是否有Fe3+、Cu2+这样的
顺磁性离子。 当匀场效果不理想，又找不到原
因时，可能是由于核磁管本身的 不均匀造成的
15
NMR常用实验
❖ 1H
19
NMR常Fra Baidu bibliotek实验
❖ HSQC（异核单量子相关）谱图上显示为1H-13C一键相关。
20
NMR常用实验
❖ HMBC（异核多键相关）谱图上显示1H核与13C核远程 相关（1J、2J、3J）
21
谱图分析技巧
一、氢谱分析
❖化学位移
原子核由于化学环境所引起的核磁共振信号位置的变化。
5.9<
O Me
3.9
❖ 可测试液体样品或能溶于氘代试剂的固体样品。 ❖ 测试范围1H～109Ag。 ❖ 1H、13C、DEPT、H-H COSY、HSQC、HMBC等
3
原理
❖ 在强磁场中，原子核发生振动能级分裂
❖ 当吸收外来电磁辐射时，将发生核振动能级的跃迁--产生所
谓NMR现象。
B0
B0
M
FT
RF 脉 冲
M 接收器 Receiver
2
样品名称
3
溶剂 CDCl3
DMSO
D2O
Acetone
其他
4
测试项目 1H 13C DEPT H-H COSY
HSQC
定量碳谱 锡谱 其他
样
5
品 信
息
6
特别声明 样品返回： 否 是
填写要求：
1-2.各项填写清晰方便查找统计。
3-4.注明所用溶剂和需要测试的项目，必要时与分析人员沟通。
5.信息要详细（包括原料、溶剂、添加剂、预期产物等），最好能与分析人员沟通。
探头： 射频发射线圈，射频接受线圈组成。正向探头： 高频接收线圈在外（通常指1H核）低频接受 线圈在内。反向探头：低频接受线圈在外，高 频接收线圈在内，主要用于反向实验。
6
第二章 实验流程
送样要求 样品准备 锁场匀场的作用 NMR常用实验 谱图分析技巧
7
送样要求
1
课题号
研究室
送样人
送样日期：
S(t)
核磁共振谱图S(w)
4
原理
(1)I=0的原子核16O、12C、22S等 ，无自旋，没有磁矩，不 产生共振吸收
(2)I=1或I>0的原子核
I=1 ： 2H,14N
I=3/2: 11B,35Cl,79Br,81Br
I=5/2：17O,127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均 匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
9
样品准备
❖ 核磁管 首先尽量选用优质核磁管，还有就是最好不要在核磁 管上乱贴标签，这会导致核磁管轴向的不均衡，在样 品旋转的时候影响分辨率，还有可能打碎核磁管造成 重大损失。
❖ 化学位移标准 在溶液中加入少量（一般不超过0.1％）四甲基硅烷
(TMS) ，规定其位移常数TMS=0。
10
样品准备
❖ 溶剂的选择 原则：样品易溶解，溶剂峰和样品峰没有重叠，粘度 低，并且价格便宜。大家在选择的时候主要是样品的 溶解性问题。
锁场匀场
❖匀场 通过“匀场”来解决磁场在一定的空间范围内的不均匀性 (相同的原子核在不同的空间位置会感受到不同的磁场强 度)。“匀场”是一种补偿静磁场的不均匀性的过程，通过 调节各组匀场线圈中的电流，使之产生的附加电流能抵消 静磁场的不均匀。
13
锁场匀场
❖匀场对NMR实验的影响
14
锁场匀场
核磁共振(NMR)培 训
1
第一章 仪器介绍
适用范围 核磁共振原理 仪器组成
2
适应范围
❖ NMR是研究原子核对射频辐射的吸收，它是对各种 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，有时亦可进行定量分析。
❖ 仪器配备ATMA功能BBFO探头（带有自动调谐功能， 可在无人干预状态下进行多种核的NMR实验）。
❖ 常用的氘代试剂 氘代氯仿、氘代DMSO、氘代丙酮、重水、氘代苯、 氘代DMF氘代甲醇等。
11
锁场匀场
❖ 氘代试剂的作用 试剂用氘代替氢是为了避免在氢谱上出现很强的溶剂峰，同 时也为锁场提供了条件。
❖ 锁场 现在的磁体都是超导的，磁体不会绝对的稳定，可能会出现 微小的变化，这种变化有时候对实验的影响是非常大的。因 此现在的超导核磁的谱仪上都有锁场的氘通道。通过对氘信 号的检测，判断磁场的变化，通过微小的附加电流来补偿磁 场的变化。
CDCl3-7.26ppm、DMSO-2.50ppm、D2O-4.7ppm、丙 酮-2.05ppm
❖杂质峰
杂质含量相对于样品少，所以杂质峰面积较小且与样品
峰面积没有简单的整数比关系。
23
谱图分析技巧
❖ 溶剂效用 溶剂的种类、样品溶液的浓度、pH值等，对核的屏蔽产生相 当的影响。（图例为H2O在不同溶剂中的化学位移变化）
16
NMR常用实验
❖ 13C
17
NMR常用实验
❖ 13C DEPT（极化转移增强）能够区分不同种类碳原子通常使 用PO为135°谱图上CH3和CH的峰为正峰，CH2为负峰，季 碳不出峰。通过对比13C谱与DEPT谱即可得出各种碳原子的 个数。
DEPT
18
NMR常用实验
❖ H-H COSY（同核位移相关谱）1H-1H多键相关。
8
样品准备
❖ 样品量 一般对于1HNMR来说需要的量比较小，大概10mg左 右就可以了，对于二维谱和碳谱浓度要比较大，最好 >50mg。
❖ 溶剂量 一般样品的溶剂量为0.6ml，大概在核磁管中的高度为 4cm左右。溶剂量太小了会影响匀场，进而影响实验 的速度，和谱图的效果。溶剂量太大了嘛，那就太浪 费了。
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋， 有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象。
5
仪器组成
液氮： -196℃，保持液氦温度，减少液氦损失。
液氦：
-269℃，提供超低温环境。
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;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。
O 2.2
CH3
R CH3 0.8
-COOH
❖ 峰面积
4.9< CH
3.6 R O CH3
1.2
H2 C
峰面积与核的数目成正比，根据各峰组的面积比，可以推
测各种核的数目比。 22
谱图分析技巧
❖耦合常数
C-H （1J）
❖溶剂峰
H-C-H （2J）
CH-CH （3J）
氘代试剂中未被氘代的氢。
常用氘代试剂的化学位移：
❖ 影响锁场匀场的因素：
样品溶液要有足够的高度。
样品是否均匀溶解于整个溶液。 溶液中有无悬浮的不溶物。 溶液的粘度。 溶液中是否有气泡。 溶液中是否有Fe3+、Cu2+这样的
顺磁性离子。 当匀场效果不理想，又找不到原
因时，可能是由于核磁管本身的 不均匀造成的
15
NMR常用实验
❖ 1H
19
NMR常Fra Baidu bibliotek实验
❖ HSQC（异核单量子相关）谱图上显示为1H-13C一键相关。
20
NMR常用实验
❖ HMBC（异核多键相关）谱图上显示1H核与13C核远程 相关（1J、2J、3J）
21
谱图分析技巧
一、氢谱分析
❖化学位移
原子核由于化学环境所引起的核磁共振信号位置的变化。
5.9<
O Me
3.9
❖ 可测试液体样品或能溶于氘代试剂的固体样品。 ❖ 测试范围1H～109Ag。 ❖ 1H、13C、DEPT、H-H COSY、HSQC、HMBC等
3
原理
❖ 在强磁场中，原子核发生振动能级分裂
❖ 当吸收外来电磁辐射时，将发生核振动能级的跃迁--产生所
谓NMR现象。
B0
B0
M
FT
RF 脉 冲
M 接收器 Receiver
2
样品名称
3
溶剂 CDCl3
DMSO
D2O
Acetone
其他
4
测试项目 1H 13C DEPT H-H COSY
HSQC
定量碳谱 锡谱 其他
样
5
品 信
息
6
特别声明 样品返回： 否 是
填写要求：
1-2.各项填写清晰方便查找统计。
3-4.注明所用溶剂和需要测试的项目，必要时与分析人员沟通。
5.信息要详细（包括原料、溶剂、添加剂、预期产物等），最好能与分析人员沟通。
探头： 射频发射线圈，射频接受线圈组成。正向探头： 高频接收线圈在外（通常指1H核）低频接受 线圈在内。反向探头：低频接受线圈在外，高 频接收线圈在内，主要用于反向实验。
6
第二章 实验流程
送样要求 样品准备 锁场匀场的作用 NMR常用实验 谱图分析技巧
7
送样要求
1
课题号
研究室
送样人
送样日期：
S(t)
核磁共振谱图S(w)
4
原理
(1)I=0的原子核16O、12C、22S等 ，无自旋，没有磁矩，不 产生共振吸收
(2)I=1或I>0的原子核
I=1 ： 2H,14N
I=3/2: 11B,35Cl,79Br,81Br
I=5/2：17O,127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均 匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
9
样品准备
❖ 核磁管 首先尽量选用优质核磁管，还有就是最好不要在核磁 管上乱贴标签，这会导致核磁管轴向的不均衡，在样 品旋转的时候影响分辨率，还有可能打碎核磁管造成 重大损失。
❖ 化学位移标准 在溶液中加入少量（一般不超过0.1％）四甲基硅烷
(TMS) ，规定其位移常数TMS=0。
10
样品准备
❖ 溶剂的选择 原则：样品易溶解，溶剂峰和样品峰没有重叠，粘度 低，并且价格便宜。大家在选择的时候主要是样品的 溶解性问题。