核磁共振(一)讲解

60cm～300m的电磁波
• 微波、无线电波范围 • 收音机波段、无线电话波段
核磁共振仪器组成
核磁外接部件
空气压缩机：提供控制样品进出样品腔的气流
仪器组成
RF 产生 RF 放大 信号检测 数据采集控制 数据信息交流 运行控制 磁体控制
T：磁通量密度/磁感应强度的国际单位制导出单位 100 MHz ≈ 2.35 T
核磁共振仪主要由磁场、稳场及匀场系统、射频(RF)发射器、接收 器、信号记录及处理系统，探头、样品管及进样系统等组成。
连续波NMR仪（CW-NMR）
• 记录吸收分量与场强或频率的关系，即核 磁共振波
• 扫描速度不能太快，通常全扫描时间为200300s。若扫描太快，共振来不及弛豫，信号 将严重失真（畸变）
核磁主体结构
>100MHz的谱仪磁场一般是由超 导磁体产生 超导材料浸渍在液氦中 400M ≈ 9.4T
核磁主体内部结构
仪器原理（CW-NMR）
• 1．永久磁铁、电磁铁： 提供外磁场，要求稳定性 好，均匀，不均匀性小于 六千万分之一（磁感应强 度可高达24000 Gs(2.4 T) 。
• 2 ．射频振荡器：扫场线 圈线圈垂直于外磁场，发 射一定频率的电磁辐射信 号（60MHz或100MHz）。
• 灵敏度低、所需样品量大。对一些难以得 到的样品，无法进行NMR分析。
PFT-NMR原理
超导磁铁磁感应强度可高达210000 Gs(21 T)
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；温度升高，“失超”；重新励磁。
样品的准备
毒性CDCl3》CHCl3 溶剂0.5-0.7 ml，溶剂量多，超过部分接收不到发射线圈发出的信 号，浪费； 溶剂量少，样品磁化率与空气磁化率不同造成界面磁 化率突变影响样品中磁场的均匀性，实验慢且峰形不好。
样品的准备
• 样品管处理和检查 – 样品管是否平直 – 粗细是否均匀 – 样品管清洗后可用热的氮气吹干，烘干时不要超过 100度 – 样品管上不允许使用金属物捆绑 – 样品管上不要粘标签，以免影响样品管的旋转 – 必须有盖帽，并且应盖紧
体。 • 外部影响会累积导致磁场被破坏。
核磁的维护
• 保持实验室清洁：核磁属于大型精密仪器， 应自觉爱护仪器设备，保持实验室内卫生
• 空调制冷：温度过高将导致仪器发生严重 故障。实验室如有停电需及时通知处理， 如果感觉核磁实验室内温度过高，请不要 进行实验。
核磁共振频谱仪
可做C，H，P，F，Dept，Si 和一些二维谱
• 1HNMR 400MHz • 13CNMR ~100MHz • 29SiNMR ~80MHz
样品浓度和扫描次数（测试时间）要求不一样！
核磁共振谱图
核磁的维护
• 超导磁体要求液氦维持：时常关注液氦量，一 般5个月加注一次。
• 液氮保护液氦的挥发：7-10天加注一次。 • 铁磁性质物体应远离磁体，防止造成磁场扰动。 • 手机、收音机等无线电波类电子产品应远离磁
电磁波。
价电子（最外层电子）能级
• 红外光谱是分子吸收2.5～50um（2500～ 50000nm 波谱波段
电
磁
波
谱
核磁共振波谱测定原理
• 紫外和红外等一般光谱是通过测定不同波长下的 透光率（T%=出射光强/入射光强）来获得物质的 吸收光谱。这种方法只适用于透过光强度变化较 大的能级跃迁。
核磁共振频谱仪
Nuclear Magnetic Resonance NMR
Bruker 400
核磁共振使用特点
仪器昂贵
400M ￥200万 600M ￥600万 800M ￥2000万
运行成本高
电、液氮、液氦 专业维护人员
无损检测
定量准确
应用范围广
目的 • 1.仪器原理 • 2.仪器维护 • 3. 样品要求
• 灵敏度提高（100倍）
• 测量速度快：一次脉冲相当于CW-NMR的一次扫描
• 扩大应用范围：除常规1H，13C谱外，还可以用于扩散 系数、化学交换、固体高分辨和弛豫时间测定等。
核磁共振频谱仪探头
同一探头就可以检测很多核，但发射和接受的频率不一样，每 一种核都有自己的频率，需要调谐。调谐的目的就是改变探头 发射和接受的频率，使功率处在某一频率上。
核磁共振仪易受外部环境影响，杜绝出现 影响仪器运行的操作!
核磁共振原理
• 是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生蔡曼 分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
核磁共振原理
• 核磁共振是一种物理现象； • 核磁共振波谱分析法（NMR）是分析分子内各
官能团如何连接的确切结构的强有力的工具； • 对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演
• 60cm～300m的电磁波穿透力很弱，故核磁共振无 法通过测定透光率来获得核磁共振光谱，它是通 过“共振吸收法”来测定核磁共振信号的。
核磁共振测定方法
• 共振吸收法是指：在一定磁场强度下，原子核 在一定频率的电磁波照射下发生自旋能级跃迁 时引起核磁矩方向改变进而产生感应电流，通 过放大、记录此感应电流便得到核磁共振信号 。依次改变磁场强度（或电磁波的照射频率） 使满足不同化学环境核的共振条件，收集共振 引起的磁感应信号，经过数学处理，就获得核 磁共振波谱图。
脉冲波NMR仪（PFT-NMR）
• 以等距脉冲调制的RF信号做多道发射机，以快速傅立叶 变换作多道接收机，它在一个脉冲中给出所有的激发频 率，如果此脉冲满足NMR条件，则在脉冲之后，于接收 线圈上能感应出该样品所有的共振吸收信号的干涉图 （自由感应衰减，FID）信号。它包括分子中所有信息， 是时间的函数，对此函数作傅立叶变换处理后，可将 FID信号转换为常用的扫场波谱。
了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、 红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四 大名谱”。
有机化合物分析
有机化合物分析
核磁共振波谱
• 核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共 振频率在射频波段（吸收60cm～300m的电磁 波），相应的跃迁是原子核在自旋能级上的 跃迁。
• 紫外可见吸收光谱是分子吸收200～700nm的