高等分析化学论文

高等分析化

--核磁共振波谱的应用和前景

学院：化学学院

年级：2011级师范班

学号：2011012841

姓名：何玮

目录

内容摘要 (2)

关键词 (2)

1.核磁共振波谱法的简介 (2)

1.1核磁共振波谱发的基本原理 (2)

1.2常用的两类核磁共振波谱 (2)

2.核磁共振波谱法的应用 (3)

2.1核磁共振波谱法在化学中的应用 (3)

2.2核磁共振波谱法在医学中的应用 (5)

2.3核磁共振波谱法在生化研究中的应用 (5)

3.核磁共振波谱法的应用前景 (6)

3.1核磁共振波谱法在多糖结构分析中的应用前景 (6)

3.2核磁共振波谱在肿瘤诊疗中的应用前景 (7)

3.3核磁共振波谱法在其他方面的应用前景 (7)

参考文献 (8)

内容摘要：核磁共振波谱法作为化学应应用中最重要的一种谱学，现今已越来越受到各个领域的欢迎。如今，它绝不仅仅是用在有机物、生物化学物质的结构确定，而更在各种医疗诊断和药物研究方面发挥着重要的作用。我相信，凭借着核磁共振波谱法的实用性，它的应用前景将会一片光明。

关键词：核磁共振波谱化学应用结构医疗诊断药物研究作用应用前景

1．核磁共振波谱法的简介

1.1核磁共振波谱发的基本原理

具有核磁性质的原子核(或称磁性核或自旋核)，在高强磁场的作用下，吸收射频辐射，引起核自旋能级的跃迁所产生的波谱，叫核磁共振波谱。利用核磁共振波谱进行分析的方法，叫做核磁共振波谱法（NMR）。

从而可以看出，产生核磁共振波谱的必要条件有三条：

1·原子核必须具有核磁性质，即必须是磁性核 (或称自旋核)，有些原子核不具有核磁性质，它就不能产生核磁共振波谱。这说明核磁共振的限制性；

2·需要有外加磁场，磁性核在外磁场作用下发生核自旋能级的分裂，产生不同能量的核自旋能级，才能吸收能量发生能级的跃迁。

3·只有那些能量与核自旋能级能量差相同的电磁辐射才能被共振吸收，这就是核磁共振波谱的选择性。由于核磁能级的能量差很小，所以共振吸收的电磁辐射波长较长，处于射频辐射光区。

1.2常用的两类核磁共振波谱

1.2.1核磁共振氢谱

核磁共振氢谱，也称为质子核磁共振谱，是最早、研究和应用最为广泛的核磁共振波谱。在较长的一段时间，核磁共振氢谱几乎就是核磁共振的代名词。这是因为H的自旋量子数I=½，磁旋比较大，天然丰度为99.98％，核磁共振测定的相对灵敏度是所有磁核中最大的。另外，氢是组成有机物最常见的元素，核磁

共振氢谱是有机化合物结构分析中最有用的核磁共振谱之一。

氢原子具有磁性，如电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，利用化学位移，峰面积和积分值以及耦合常数等信息，进而推测其在碳骨架上的位置。

1.2.2核磁共振碳谱

碳原子构成有机化合物的骨架，掌握碳原子的信息对于有机结构分析具有非常重要的意义。天然丰度为98.9％的C12，自旋量子数I=0，无NMR信号。通常说的碳谱是指C13NMR谱。C13的I=½，其核磁共振原理与氢相同。然而，C13核的天然丰度仅为氢核的百分之一，其磁旋比和磁矩也仅为氢核的1/5800。直到20世纪70年代PFT-NMR谱仪的出现及发展，C13核磁才得到迅速发展。与氢谱相比，碳谱具有很多优点：灵敏度低、分辨能力高、给出不连氢的碳的吸收峰、不能用积分高度来计算碳的数目、驰豫时间T1 可作为化合物特构鉴定的波谱参数。

2.核磁共振波谱法的应用

2.1核磁共振波谱法在化学中的应用

2.1.1用于鉴定有机化合物的结构

核磁共振波谱法最重要和最广泛的应用就是确定有机物、生物化学物质的结构。NMR可以提供的主要参数有化学位移、质子的裂分峰数、耦合常数及各组份相对峰面积。与红外光谱一样，对于简单的分子，仅根据其本身的图谱即进行可鉴定。对于复杂的化合物，则需在已知其化学式（质谱或元素分析结果）及红外光谱提供的部分信息上进行进一步分析鉴定。例如下例：

例2：化合物C

9H

12

的质子核磁共振谱图如图6－12所示。试推测其结构。

解：根据化学式，该化合物的不饱和度为Ω=1+9+1/2×(0-12)=4

分子中可能有苯环。从左至右三组峰的积分高度比为5:1:6，对应的氢核数应为5、1、6。从谱图可知，δ＝1.2的峰可能与δ＝2.9的峰有偶合。根据n+1重峰规律，从δ＝1.2的双峰可知，它近邻应有一个-CH基团，而δ＝2.9的一个氢核正是-CH基。这个-CH裂分为7重峰，可见它的近邻有6个氢核，考虑到δ

＝1.2为-CH

3范围，初步判断分子中有两个化学位移相同的-CH

3

，故有异丙基

-CH(CH

3)

2

存在。而δ＝7.1的单峰在芳环烃范围，又因有5个氢核，说明它是

一个取代苯化合物，因此，该化合物的结构式为:

由于异丙基对芳环的诱导效应很小，芳环上的峰无裂分现象，该化合物为异丙苯。

图6－12 化合物C

9H

12

的1H-NMR谱图

2.1.2用于有机化合物定量分析

NMR波谱中积分曲线高度与引起该峰的氢核数成正比，这不仅用于结构分析中，同样亦可用于定量分析。NMR定量分析的最大优点是不需引进任何校正因子或绘制工作曲线，且不需化合的纯样品就可以直接测出其浓度。

为了确定仪器的积分高度与质子浓度关系，必须采用一种标准化合物来进行鉴定。对标准化合物的基本要求是不会与任何试样的峰相重叠。为进行校准，最好使用有机硅化合物，因为它们的质子峰都在高磁场区。内标法原理是准确称取样品和内标化合物，以合适溶剂配成适宜的浓度。内标法测定准确性高，操作方便，使用较多。外标法只是在未知化合物成分复杂，难以选择合适内标时使用，使用外标法时要求严格控制操作条件，以保证结果准确性。

NMR可以用于多组分混合物分析及元素分析等，但NMR定量分析的广泛应用受到仪器价格的限制。另外共振峰重叠的可能性随样品复杂性增加而增加，而且饱和效应也必须克服。因此，往往是NMR可以分析的试样，用别的方法也可以方便