2020.12.28
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核磁共振NMR的一些知識總結
定義:類似於紅外或者紫外吸收光譜,是吸收光譜的另一種形式,利用核磁共振原理,依據電磁波在不同的物質結構中會有不同的衰減,獲得原子核的位置和種類的技術手段。機理:具有非零自旋量子書的原子核具有自旋角動量,會產生磁矩,如1H,31P, 13C, 15N等原子核。磁矩是一矢量,如果將其置於磁場,則符合Boltzmann分布,原來簡併的能級分裂成不同的能級狀態,如果用適當的電磁輻射就可以發生核自旋能級躍遷。而原子核的能級的變化,不僅取決於外部磁場強度大小和原子核的種類,還取決於原子核外部的電子環境。因此,通過不同的共振頻率,核磁共振就可以獲得原子核外環境信息。測試原理:樣品管放置在磁鐵的兩極夾縫中,以一定的速度旋轉,使得樣品均勻收到磁場強度作用,射頻振蕩器發生固定頻率電磁波,射頻接收器探測核磁共振時吸收信號,改變磁場強度,由低場掃至高場,記錄核磁共振圖譜。
分類:NMR波譜按照測定對象分類可分為:1H-NMR譜(測定對象為氫原子核)、13C-NMR譜及氟譜、磷譜、氮譜等。有機化合物、高分子材料都主要由碳氫組成,所以在材料結構與性能研究中,以1H譜和13C譜應用最為廣泛。
應用場景:
1. 結構確定;2.化學鑑定;3.聚合物特性測定;4.藥品開發;5.催化研究;
一般,相同的官能團具有相同的ppm值,不同的電子環境會使其具有不同的化學位移,如下圖:
因為核磁共振所針對的對象主要是原子核,因此,核磁共振的樣品,可以處於固態或液態。
實現方法:
(1)B0不變,改變V:將樣品放置於強度固定的外加磁場中,逐步改變照射用的電磁複合頻率,直至引起共振,也叫掃頻。
(2)V不變,改變B0:將樣品用固定的電磁輻射進行照射,並緩慢改變外加磁場的強度,達到引起共振,也叫掃場。
儀器的核心構件:
磁鐵:可以是永久磁鐵,也可以是電磁鐵,永久磁鐵穩定性更好。為了實現均勻的磁場環境,會增加特殊的繞組,抵消磁場的不均勻性。磁場強度一般不超過2.4T,相應於氫的共振頻率100MHz。
射頻振蕩器:用於產生射頻,通常採用恆溫下石英晶體振蕩器。射頻振蕩器的線圈垂直於磁場,產生於磁場強度相適應的射頻震蕩。
射頻接收器:在試管的周圍,並于振動器線圈和掃描線圈垂直,當射頻振蕩器發生的頻率V0與磁場強度B0達到特點組合,試樣就要發生共振吸收能量,這個能量的吸收情況,射頻接收器可以檢測出,並放大記錄。因此核磁共振波譜儀測量的是共振吸收。
探頭:保持樣品管在磁場固定位置的器件,以保證測量條件穩定。
化學位移與產生:
習題與案例
例題一:某化合物C3H8O,根據下面的譜圖解析化合物結構,並說明依據
例題3:
例題4:
例題5:
測試溶劑選擇:不產生幹擾信號,溶解性好,沸點低,與待測樣品不發生化學反應。
常用的有:四氯化碳、二硫化碳、氚代試劑等,其中氚代氯仿是最廉價的試劑。
核磁共振數據軟體使用流程:
第一步:定標,用MestReNova軟體打開測試所得數據
第二步:標峰,框選你要標註的峰,鬆手
第三步:積分
第四步:標定偶極矩
第五步:轉換為文字
第六步:適當美化即可,一般操作為雙擊需要改動的地方或者右擊選擇properties,最後可以將結果存為tiff格式。
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