核磁共振谱仪培训PPT
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《核磁共振波谱法》PPT课件
采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。
核磁共振波谱法培训课件
1，2，3… 2H, 14N, 58Co, 10B
质子数p, 中子数n
•pI与n0同的为核偶为数磁，性I核= ，0。这可如类以原1产2C子生,核16N的OM,核3R2电S信等荷号分。。布可看作一 •p如I+=n01=的H奇,核1数3为C，,非15IN磁=,半性1整7O核数,个，31(椭P无1吸等/圆2N收,。体M3复/，2R杂等电信，)荷号。研分。究布应不用均较匀少，；共振 •p与n同为奇数，I =整数。如2H, 6Li等。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
第一节 概论
一、 核磁共振(NMR)波谱的产生
➢核磁共振(NMR):原子核在磁场中吸收一定频率的电磁波，而发生自 旋能级跃迁的现象。
1
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核磁共振波谱仪
m=2
H0
m=1
m=0
m=0
m= -1
m=-1/2
m= -1
m= -2
I=1/2
I=1
I=2
9
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❖ 若无外磁场，由于核的无序排列，不同自旋方向的 核不存在能级差别。
❖ 磁性核放入磁场中，出现与磁场平行（低能量）和 反平行（高能量）两种能量状态，能量差E=h。
7
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图示：磁性核在外加磁场中的行为
无外加磁场时，样品中的磁性核任意取向。 放入磁场中，发生空间量子化，核磁矩按一
定方向排列。
8
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质子数p, 中子数n
•pI与n0同的为核偶为数磁，性I核= ，0。这可如类以原1产2C子生,核16N的OM,核3R2电S信等荷号分。。布可看作一 •p如I+=n01=的H奇,核1数3为C，,非15IN磁=,半性1整7O核数,个，31(椭P无1吸等/圆2N收,。体M3复/，2R杂等电信，)荷号。研分。究布应不用均较匀少，；共振 •p与n同为奇数，I =整数。如2H, 6Li等。
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第一节 概论
一、 核磁共振(NMR)波谱的产生
➢核磁共振(NMR):原子核在磁场中吸收一定频率的电磁波，而发生自 旋能级跃迁的现象。
1
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核磁共振波谱仪
m=2
H0
m=1
m=0
m=0
m= -1
m=-1/2
m= -1
m= -2
I=1/2
I=1
I=2
9
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
❖ 若无外磁场，由于核的无序排列，不同自旋方向的 核不存在能级差别。
❖ 磁性核放入磁场中，出现与磁场平行（低能量）和 反平行（高能量）两种能量状态，能量差E=h。
7
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图示：磁性核在外加磁场中的行为
无外加磁场时，样品中的磁性核任意取向。 放入磁场中，发生空间量子化，核磁矩按一
定方向排列。
8
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核磁共振波谱学习课件(共88张PPT)可修改文字
大，屏蔽弱，共振需要 的磁场强度小，在低场出现， 图左侧。
= [(样 - TMS)/ TMS ] ×106
二、影响化学位移的因素
1．电负性--去屏蔽效应
与质子相连元素的电负性越 强，吸电子作用越强，价电子偏 离质子，屏蔽作用减弱，信号峰 在低场出现。
电负性对化学位移的影响
H 3 C B H 3 r C 2 C B H C 3 r (C 2 H ) 2 B H C r 3 (C 2 H ) 3 B H
备的超导线圈；在低温4K，处于超导状 态；磁场强度>100 T
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。
（2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。 (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数 m ＝－1/2。 谱图解析与结构确定步骤 （1）偶合常数（ J 值）相等 通常两组相互偶合的峰都是相应“内侧”峰偏高，而“外侧”峰偏低，在偶合信号的强峰上画一对相应的斜线，形成屋顶形状。 两种进动取向不同的氢核之间的能级差： 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。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。 磁各向异性是指质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽作用不同的现象。 为什么1H比6H的化学位移大？ （2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈； 方向相同，核所感受到的实际磁场 B有效 大于外磁场。 傅里叶变换核磁共振波谱仪需要纯试样品 1 mg 。
= [(样 - TMS)/ TMS ] ×106
二、影响化学位移的因素
1．电负性--去屏蔽效应
与质子相连元素的电负性越 强，吸电子作用越强，价电子偏 离质子，屏蔽作用减弱，信号峰 在低场出现。
电负性对化学位移的影响
H 3 C B H 3 r C 2 C B H C 3 r (C 2 H ) 2 B H C r 3 (C 2 H ) 3 B H
备的超导线圈；在低温4K，处于超导状 态；磁场强度>100 T
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。
（2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。 (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数 m ＝－1/2。 谱图解析与结构确定步骤 （1）偶合常数（ J 值）相等 通常两组相互偶合的峰都是相应“内侧”峰偏高，而“外侧”峰偏低，在偶合信号的强峰上画一对相应的斜线，形成屋顶形状。 两种进动取向不同的氢核之间的能级差： 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。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。 磁各向异性是指质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽作用不同的现象。 为什么1H比6H的化学位移大？ （2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈； 方向相同，核所感受到的实际磁场 B有效 大于外磁场。 傅里叶变换核磁共振波谱仪需要纯试样品 1 mg 。
核磁共振谱仪培训PPT
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering Chinese Academy of Sciences, NIMTE
超导傅里叶变换核磁共振谱仪
张公军 公共技术服务中心 2010年9月
第一部分核磁共振的基本原理 第二部分核磁共振仪器介绍 第三部分核磁共振实验 第四部分核磁共振实验室安全注意事项
2010-10-12
S(ω)
第二部分核磁共振谱仪介绍——
400MHz AVANCEIII核磁共振谱仪 一、仪器的组成
磁体系统 机柜
操作控制台
2010-10-12
1.磁体系统， 包括磁体， 探头、匀场 系统和前置 放大器 （HPPR）
磁体
2010-10-12
（1）磁体，提供强而均匀的磁场 超屏蔽磁体，磁场强度9.4特斯 拉，具有液氦液面监视、液氦最小 液面报警，液氦自动监视和自动定 时记录功能。 （2）匀场系统 安装在磁体的下端，是一组载 流线圈，作用是通过补偿磁场不均 匀度来改善磁场一致性。
2010-10-12
六、傅里叶变换谱仪的工作原理： 磁化矢量、射频脉冲和FID信号
B0 M
±
B0 FID信号
±
±
RF 脉冲，覆盖了 很宽的频率范围。
M
接收器 Receiver FT
S(t)
当相应频率的射频场(RF)脉冲照射时,宏观 磁化矢量将围绕着射频场作用的方向从Z-轴 转到X-Y平面上.由该平面上的检测线圈检测 出时间域的FID信号,再通过傅立叶变换得到 频率域的核磁共振谱图.
2010-10-12
核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量子数I 的关系如下:
p= h 2π I ( I + 1) 1 3 I可以为0， ， ，⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅等值 1， 2 2 2
超导傅里叶变换核磁共振谱仪
张公军 公共技术服务中心 2010年9月
第一部分核磁共振的基本原理 第二部分核磁共振仪器介绍 第三部分核磁共振实验 第四部分核磁共振实验室安全注意事项
2010-10-12
S(ω)
第二部分核磁共振谱仪介绍——
400MHz AVANCEIII核磁共振谱仪 一、仪器的组成
磁体系统 机柜
操作控制台
2010-10-12
1.磁体系统， 包括磁体， 探头、匀场 系统和前置 放大器 （HPPR）
磁体
2010-10-12
（1）磁体，提供强而均匀的磁场 超屏蔽磁体，磁场强度9.4特斯 拉，具有液氦液面监视、液氦最小 液面报警，液氦自动监视和自动定 时记录功能。 （2）匀场系统 安装在磁体的下端，是一组载 流线圈，作用是通过补偿磁场不均 匀度来改善磁场一致性。
2010-10-12
六、傅里叶变换谱仪的工作原理： 磁化矢量、射频脉冲和FID信号
B0 M
±
B0 FID信号
±
±
RF 脉冲，覆盖了 很宽的频率范围。
M
接收器 Receiver FT
S(t)
当相应频率的射频场(RF)脉冲照射时,宏观 磁化矢量将围绕着射频场作用的方向从Z-轴 转到X-Y平面上.由该平面上的检测线圈检测 出时间域的FID信号,再通过傅立叶变换得到 频率域的核磁共振谱图.
2010-10-12
核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量子数I 的关系如下:
p= h 2π I ( I + 1) 1 3 I可以为0， ， ，⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅等值 1， 2 2 2
仪器分析-核磁共振波谱法ppt课件
一般过程是：样品置于样品管中，并插入 磁场中，样品管以一定的速度旋转，经波 谱仪扫描后，接收器获得核磁共振信号， 经一系列检波、放大后，显示在示波器和 记录仪上，得到核磁共振谱。一张核磁共 振谱图一般都经过N次（100次左右）重复 扫描，在计算机中累加得到，这样可以提 高信噪比。 优点：价格较低，稳定易操作，适合化学 工作者例行分析。
γ B0
ν共振= 2π (1-σ ) ⑨ 由上式可知，同种原子核（ 1H核）由于所 处的化学环境不同，亦即受到核外电子屏 蔽作用不同,其共振频率各不相同，共振吸 收峰将分别出现在NMR谱的不同频率区域
或不同磁场强度区域，此即为化学位移。 若固定照射频率进行扫场，则σ 大的1H核 出现在高磁场处，σ 小的1H核出现在低磁 场处。据此，我们可以进行氢核结构类型 的鉴定（即有机化合物结构鉴定）。 2.化学位移的表示方法 尽管同一分子中不同类型的1H核，共振频 率各有差异，但差异不大，相对于B0或ν0 来说，仅为百万分之十左右，对其绝对值 的测量难以达到所需要的精度。
ห้องสมุดไป่ตู้
标准物质TMS的特点：TMS即四甲基硅烷 （Tetramethyl Silane） ① TMS中12个氢化学环境相同，在NMR谱 中只给出一个尖锐的单峰，易辨认。 ② TMS与一般有机物相比，氢核外围的电 子屏蔽作用较大，共振吸收峰位于高场端。 一般有机物的1H谱或13C谱峰大都出现在 TMS峰的左边。 ③ TMS化学性质稳定，沸点低，便于回收 ④ 在1H谱或13C谱中都规定δ TMS=0。
故实际工作中是采用测定相对值来表示， 即以某标准物质的共振峰为原点，测定样 品中各质子共振峰与原点的相对距离，这 种相对距离就称为化学位移(chemical shift)。 IUPAC建议，化学位移一律采用位移常数δ 值表示 ：
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基本原理
一、核磁共振 是一种物理现象，一种用来研究物质的分子结构及物理 特性的光谱学方法.将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频 率的电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级跃迁， 同时产生核磁共振信号，得到核磁共振。 利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定量分析的方 法称为核磁共振波谱法。简称 NMR
2010-10-12
（3）探头 是核磁谱仪的核心部件，它固定于 磁体的中心，为圆柱形。作用有： A：支撑样品；B：发射激发样品的射 频信号并接受共振信号；C：通过压 缩空气对样品旋转。 BBO 5mm Z方向梯度的多核观察探 头，除个别的共振频率极低的核以 外，几乎覆盖了所有的NMR可观察 核。 （4）前置放大器 主要功能是放大样品放射出的微 弱信号，以减小NMR信号仔电缆传输 中的衰减。
三、核磁共振分类 1. 按使用范围分 （1）液体 有机化合物，天然产物，生物大分子 （2）固体 不溶性的高分子材料、膜蛋白、刚性的金属及非金属材 料。 （3）共振成像 临床诊断的成像、研究动、植物形态的微成像、功能成像 和分子成像。
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2.按磁场源分 永久磁铁、电磁铁、超导磁场 3.按磁场强度分 100，300，400，500，--，800，900MHZ（兆赫兹），频率 越高，分辨率越高 4.按射频源和扫描方式不同分 （1）连续波NMR谱仪（CW-NMR)—— 固定电磁波频率，连续 扫描静磁感强度或者固定静磁感强度，连续改变电磁波频 率，具有该种工作方式的谱仪。 （2）脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)——在某一时刻对样 品应加一个相当宽的频谱的射频，使不同基团的核同时共 振，同时产生各自的核磁共振信号。
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核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量子数I 的关系如下:
p= h 2π I ( I + 1) 1 3 I可以为0， ， ，⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅等值 1， 2 2 2
代入上式得：
μ =γ
h 2π
I ( I + 1)
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原子核才有自旋 角动量和自旋现象
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering Chinese Academy of Sciences, NIMTE
超导傅里叶变换核磁共振谱仪
张公军 公共技术服务中心 2010年9月
第一部分核磁共振的基本原理 第二部分核磁共振仪器介绍 第三部分核磁共振实验 第四部分核磁共振实验室安全注意事项
2010-10-12
四、NMR实验前的准备 1.样品 纯度高，不含有磁性物质，样品的完全溶解。 2.溶剂——氘代试剂 重水（D2O）、氘代氯仿（CDCl3）、氘代丙酮 （Acetone）、氘代二甲基亚砜（DMSO）、氘代二甲基 甲酰胺（DMF）、氘代三氟醋酸（TFA）等。 选择时应考虑：溶解度 、溶剂信号对样品频谱的干扰、 粘滞性、成本、水含量
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静磁场下原子核的磁性
无静磁场
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静磁场B0存在时
△E与外磁场强度成正比, B0越大,能级分裂越大, △E越大
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五、核磁共振的条件 如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0 中的核，且射 频频率ν恰好满足下列关系时： γΒ 0 h ν =ΔE ΔE=γh B0/2π ν= 2π （核磁共振条件式） 处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至高能态，这种 现象叫做核磁共振现象。
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3.标准样品-用于定标 四甲基硅烷 (CH3)4Si ， δ 值为0ppm，缩写：TMS 优点：信号简单，且在高场，其他信号在低场，δ 值为正值；沸点低（26.5 ℃)，利于回收样品； 易溶于有机溶剂；化学惰性 此外还有：六甲基二硅醚（HMDC, δ 值为0.07ppm), 4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DSS, 水溶性，作为极性化合 物的内标，但三个CH2的δ 值为0.5~3.0ppm,对样品信号有影 响）
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实践证明,核自旋与核的质量数,质子数和中子数有关
质量数（a） 原子序数（Z）自旋量子（I） 奇数 偶数 偶数 奇或偶 偶数 奇数
1 3 5 , , ΛΛ 2 2 2
例子
1 I = ,1H 1 , 13C 6 ,19 F9 ,15 N 7 2 3 11 35 5 I = , B5 , Cl17 , I = ,17 O8 2 2
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六、傅里叶变换谱仪的工作原理： 磁化矢量、射频脉冲和FID信号
B0 M
±
B0 FID信号
±
±
RF 脉冲，覆盖了 很宽的频率范围。
M
接收器 Receiver FT
S(t)
当相应频率的射频场(RF)脉冲照射时,宏观 磁化矢量将围绕着射频场作用的方向从Z-轴 转到X-Y平面上.由该平面上的检测线圈检测 出时间域的FID信号,再通过傅立叶变换得到 频率域的核磁共振谱图.
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四、原子核的磁性 原子核具有质量并带正电荷，大多数 核有自旋现象，在自旋时产生磁矩 μ，磁矩的方向可用右手定则确定， 核磁矩μ和核自旋角动量P都是矢 量，方向相互平行，且磁矩随角动量 的增加成正比地增加 μ = γ P γ—磁旋比，不同的核具有不同的磁 旋比，对某元素是定值。是磁性核的 一个特征常数
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8.采样参数设置： 在命令行中输入“ased”，给出与脉冲相关的采样参数
脉冲序列 扫描次数 空扫次数 谱宽（1H：0-16ppm，13C：0-250 ppm
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9.调入标准实验参数： 在命令行中输入“getprosol”
90度脉冲宽度 脉冲功率
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待测样品的窗口
待测样品的文件夹
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样品的状态是否正常
4.放入样品： （1）先打开样品腔的上盖（切记） （2）在命令行中输入“ej” （打开气流），等待听到有气流的 声音，把准备好的样品放入样品腔 （3）输入“ij”（关闭气流），等待片刻，当样品的状态窗口显 示为“ ”时，说明样品放在合适的位置。 5.锁场：在命令行中输入“lock CDCl3”。 确保静磁场的稳定性，不发生漂移
6. 探头的谐振调谐 （tuning）与阻抗匹配(matching) 在命令行中输入“atma”，自动调谐与阻抗匹配。
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7.匀场：确保相同的原子核在磁场内的不同位置具有相同的磁 场强度 在命令行中输入“ts” ，进行自动匀场
匀场效果好：锁场电 平信号在屏幕的4/5
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二、仪器的性能指标 灵敏度 ≥220:1(0.1％EB,1H) ≥160:1(ASTM,13C) ≥20:1(90% formamide,15N) ≥140:1(TPP,31P) ≤0.45 Hz (1%CHCl3 ,1H) ≤0.2 Hz (ASTM,13C) ≤5/10(1%CHCl3 ,1H) ≤2/4 (ASTM,13C) ≤ 15（0.1%EB，1H） ≤ 10（ASTM,13C）
数 据 保 存 区 命令行 实验状态显示窗口
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谱图显示区
2.打开一张已做过的谱图：展开“D:”中的“customer-10”文件 夹，选择任意个文件如“10010407001”，按住鼠标左键，拖 拽到谱图显示区
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3.建立实验：
在命令行中输入“new”，跳出 一窗口， 以下的参数必改： (1)NAME(实验名称）：为实验预 约号+样品的序列号； (2)Solvent(溶剂）：选CDCl3 (3)experiment Dirs(标准实验的路 径）:第二个 (4)Experiment（标准实验）:氢谱 选“proton”，碳谱选 “C13CPD”，磷谱选“P31CPD” (5) TITLE（样品的名称）
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二、核磁共振的应用领域 1.化学结构鉴定：天然产物化学、有机合成化学 2.动态过程的研究：反应动力学、研究平衡过程（化 学平衡或构象平衡） 3.三维结构研究：蛋白质、 DNA/DNA 复合物、多糖 4.药物设计：NMR研究构效关系 5.医学磁共振成像（MRI)
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4.样品管 样品管使用应注意问题 （1）样品管必须保持干净，避免沾染灰尘或划伤。 （2）不能使用试管刷刷洗样品管 （3）新的样品管不一定是干净的 样品管的旋转： 可以提高分辨率； 缺陷是有旋转边带
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样品管的清洗 （1）新样品管：丙酮清洗2-3次，50-60度干燥5h。 （2）用过的样品管： a:把样品管内的残留溶液倒入废液池； b:根据样品管使用的氘代试剂的不同，选用不同的溶剂 清洗3次；同时用超声波清洗机超声10min左右； c：用水清洗3次，然后再用乙醇清洗2-3次，最后使用丙 酮清洗3次； d：把清洗过的样品管，50-60oc干燥5h，即可使用。 e：如上述方法不能清洗干净，用无污染的浓硫酸浸泡 几个小时，再重复以上操作清洗。
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2.机柜,包含谱仪的大部分电子硬件，主要包括采样控制系统、 控温单元、灵巧磁体系统和各种功放。 3.操作控制台 谱仪的所有操作动作都有操作控制台控制。即实验的设 置和执行以及数据的分析都是由操作者输入控制台的命令控 制，主要包括计算机（用于运行Topspin程序，负责所有数 据的分析和存储）和BSMS键盘
12
0 1，2，3……
C 6 ,16 O8 , 32 S16
I = 1, 2 H 1 ,14 N 7 , I − 3,10 B5
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无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收
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。
一、核磁共振 是一种物理现象，一种用来研究物质的分子结构及物理 特性的光谱学方法.将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频 率的电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级跃迁， 同时产生核磁共振信号，得到核磁共振。 利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定量分析的方 法称为核磁共振波谱法。简称 NMR
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（3）探头 是核磁谱仪的核心部件，它固定于 磁体的中心，为圆柱形。作用有： A：支撑样品；B：发射激发样品的射 频信号并接受共振信号；C：通过压 缩空气对样品旋转。 BBO 5mm Z方向梯度的多核观察探 头，除个别的共振频率极低的核以 外，几乎覆盖了所有的NMR可观察 核。 （4）前置放大器 主要功能是放大样品放射出的微 弱信号，以减小NMR信号仔电缆传输 中的衰减。
三、核磁共振分类 1. 按使用范围分 （1）液体 有机化合物，天然产物，生物大分子 （2）固体 不溶性的高分子材料、膜蛋白、刚性的金属及非金属材 料。 （3）共振成像 临床诊断的成像、研究动、植物形态的微成像、功能成像 和分子成像。
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2.按磁场源分 永久磁铁、电磁铁、超导磁场 3.按磁场强度分 100，300，400，500，--，800，900MHZ（兆赫兹），频率 越高，分辨率越高 4.按射频源和扫描方式不同分 （1）连续波NMR谱仪（CW-NMR)—— 固定电磁波频率，连续 扫描静磁感强度或者固定静磁感强度，连续改变电磁波频 率，具有该种工作方式的谱仪。 （2）脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)——在某一时刻对样 品应加一个相当宽的频谱的射频，使不同基团的核同时共 振，同时产生各自的核磁共振信号。
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核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量子数I 的关系如下:
p= h 2π I ( I + 1) 1 3 I可以为0， ， ，⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅等值 1， 2 2 2
代入上式得：
μ =γ
h 2π
I ( I + 1)
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原子核才有自旋 角动量和自旋现象
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering Chinese Academy of Sciences, NIMTE
超导傅里叶变换核磁共振谱仪
张公军 公共技术服务中心 2010年9月
第一部分核磁共振的基本原理 第二部分核磁共振仪器介绍 第三部分核磁共振实验 第四部分核磁共振实验室安全注意事项
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四、NMR实验前的准备 1.样品 纯度高，不含有磁性物质，样品的完全溶解。 2.溶剂——氘代试剂 重水（D2O）、氘代氯仿（CDCl3）、氘代丙酮 （Acetone）、氘代二甲基亚砜（DMSO）、氘代二甲基 甲酰胺（DMF）、氘代三氟醋酸（TFA）等。 选择时应考虑：溶解度 、溶剂信号对样品频谱的干扰、 粘滞性、成本、水含量
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静磁场下原子核的磁性
无静磁场
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静磁场B0存在时
△E与外磁场强度成正比, B0越大,能级分裂越大, △E越大
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五、核磁共振的条件 如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0 中的核，且射 频频率ν恰好满足下列关系时： γΒ 0 h ν =ΔE ΔE=γh B0/2π ν= 2π （核磁共振条件式） 处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至高能态，这种 现象叫做核磁共振现象。
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3.标准样品-用于定标 四甲基硅烷 (CH3)4Si ， δ 值为0ppm，缩写：TMS 优点：信号简单，且在高场，其他信号在低场，δ 值为正值；沸点低（26.5 ℃)，利于回收样品； 易溶于有机溶剂；化学惰性 此外还有：六甲基二硅醚（HMDC, δ 值为0.07ppm), 4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DSS, 水溶性，作为极性化合 物的内标，但三个CH2的δ 值为0.5~3.0ppm,对样品信号有影 响）
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实践证明,核自旋与核的质量数,质子数和中子数有关
质量数（a） 原子序数（Z）自旋量子（I） 奇数 偶数 偶数 奇或偶 偶数 奇数
1 3 5 , , ΛΛ 2 2 2
例子
1 I = ,1H 1 , 13C 6 ,19 F9 ,15 N 7 2 3 11 35 5 I = , B5 , Cl17 , I = ,17 O8 2 2
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六、傅里叶变换谱仪的工作原理： 磁化矢量、射频脉冲和FID信号
B0 M
±
B0 FID信号
±
±
RF 脉冲，覆盖了 很宽的频率范围。
M
接收器 Receiver FT
S(t)
当相应频率的射频场(RF)脉冲照射时,宏观 磁化矢量将围绕着射频场作用的方向从Z-轴 转到X-Y平面上.由该平面上的检测线圈检测 出时间域的FID信号,再通过傅立叶变换得到 频率域的核磁共振谱图.
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四、原子核的磁性 原子核具有质量并带正电荷，大多数 核有自旋现象，在自旋时产生磁矩 μ，磁矩的方向可用右手定则确定， 核磁矩μ和核自旋角动量P都是矢 量，方向相互平行，且磁矩随角动量 的增加成正比地增加 μ = γ P γ—磁旋比，不同的核具有不同的磁 旋比，对某元素是定值。是磁性核的 一个特征常数
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8.采样参数设置： 在命令行中输入“ased”，给出与脉冲相关的采样参数
脉冲序列 扫描次数 空扫次数 谱宽（1H：0-16ppm，13C：0-250 ppm
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9.调入标准实验参数： 在命令行中输入“getprosol”
90度脉冲宽度 脉冲功率
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待测样品的窗口
待测样品的文件夹
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样品的状态是否正常
4.放入样品： （1）先打开样品腔的上盖（切记） （2）在命令行中输入“ej” （打开气流），等待听到有气流的 声音，把准备好的样品放入样品腔 （3）输入“ij”（关闭气流），等待片刻，当样品的状态窗口显 示为“ ”时，说明样品放在合适的位置。 5.锁场：在命令行中输入“lock CDCl3”。 确保静磁场的稳定性，不发生漂移
6. 探头的谐振调谐 （tuning）与阻抗匹配(matching) 在命令行中输入“atma”，自动调谐与阻抗匹配。
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7.匀场：确保相同的原子核在磁场内的不同位置具有相同的磁 场强度 在命令行中输入“ts” ，进行自动匀场
匀场效果好：锁场电 平信号在屏幕的4/5
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二、仪器的性能指标 灵敏度 ≥220:1(0.1％EB,1H) ≥160:1(ASTM,13C) ≥20:1(90% formamide,15N) ≥140:1(TPP,31P) ≤0.45 Hz (1%CHCl3 ,1H) ≤0.2 Hz (ASTM,13C) ≤5/10(1%CHCl3 ,1H) ≤2/4 (ASTM,13C) ≤ 15（0.1%EB，1H） ≤ 10（ASTM,13C）
数 据 保 存 区 命令行 实验状态显示窗口
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谱图显示区
2.打开一张已做过的谱图：展开“D:”中的“customer-10”文件 夹，选择任意个文件如“10010407001”，按住鼠标左键，拖 拽到谱图显示区
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3.建立实验：
在命令行中输入“new”，跳出 一窗口， 以下的参数必改： (1)NAME(实验名称）：为实验预 约号+样品的序列号； (2)Solvent(溶剂）：选CDCl3 (3)experiment Dirs(标准实验的路 径）:第二个 (4)Experiment（标准实验）:氢谱 选“proton”，碳谱选 “C13CPD”，磷谱选“P31CPD” (5) TITLE（样品的名称）
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二、核磁共振的应用领域 1.化学结构鉴定：天然产物化学、有机合成化学 2.动态过程的研究：反应动力学、研究平衡过程（化 学平衡或构象平衡） 3.三维结构研究：蛋白质、 DNA/DNA 复合物、多糖 4.药物设计：NMR研究构效关系 5.医学磁共振成像（MRI)
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4.样品管 样品管使用应注意问题 （1）样品管必须保持干净，避免沾染灰尘或划伤。 （2）不能使用试管刷刷洗样品管 （3）新的样品管不一定是干净的 样品管的旋转： 可以提高分辨率； 缺陷是有旋转边带
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样品管的清洗 （1）新样品管：丙酮清洗2-3次，50-60度干燥5h。 （2）用过的样品管： a:把样品管内的残留溶液倒入废液池； b:根据样品管使用的氘代试剂的不同，选用不同的溶剂 清洗3次；同时用超声波清洗机超声10min左右； c：用水清洗3次，然后再用乙醇清洗2-3次，最后使用丙 酮清洗3次； d：把清洗过的样品管，50-60oc干燥5h，即可使用。 e：如上述方法不能清洗干净，用无污染的浓硫酸浸泡 几个小时，再重复以上操作清洗。
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2.机柜,包含谱仪的大部分电子硬件，主要包括采样控制系统、 控温单元、灵巧磁体系统和各种功放。 3.操作控制台 谱仪的所有操作动作都有操作控制台控制。即实验的设 置和执行以及数据的分析都是由操作者输入控制台的命令控 制，主要包括计算机（用于运行Topspin程序，负责所有数 据的分析和存储）和BSMS键盘
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0 1，2，3……
C 6 ,16 O8 , 32 S16
I = 1, 2 H 1 ,14 N 7 , I − 3,10 B5
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无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收
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。