NMR实验讲义1

1、nmr实验技术实验技术中国药科大学测试中心 与核磁有关的诺贝尔获得者与核磁有关的诺贝尔获得者 i. i. rabi 1944, physicsresonance of nucleif. bloch e. m. purcell 1952, physics discovery of nmrr. r. ernst1991, chemistryhr & 2d nmrk. wuethrich2002, chemistrynmr for bio-macromol.p. lauterbur p. mansfield 2003 medicine mriapplications of nmr核磁成像核磁成像(m

2、ri)核磁显微镜学核磁显微镜学p. lauterbur p. mansfield2003 nobel prize in medicineapplications of nmrmolecular structure in solutionhigh resolution 1d & 2d nmr?r. r. ernst1991 nobel prize in chemistryapplications of nmr生物大分子的生物大分子的3d结构结构k. wuethrich2002 nobel prize in chemistry简介简介 nmr是一项用来分析有机化合物结构的技是一项用来分析有机化合物

3、结构的技术。一般情况下，一个术。一般情况下，一个nmr实验由三个步骤构实验由三个步骤构成：成： 1 将样品放置在静磁场中：将样品放置在静磁场中： 2用射频脉冲激发原子核：用射频脉冲激发原子核： 3测量样品放射出的电信号的频率：测量样品放射出的电信号的频率： 通过分析样品放射出的电信号的频率，就可通过分析样品放射出的电信号的频率，就可以得到样品中有关原子结合和排列的信息。以得到样品中有关原子结合和排列的信息。核磁共振示意图核磁共振示意图sn外加净磁场外加净磁场发射台发射台电磁波脉冲电磁波脉冲传输系统传输系统吸收线圈吸收线圈 质量数（a） 原子序数（z） 自旋量子（i）例子奇数奇或偶25,23,2

4、1,2111hi 715919613,nfc8171735511,25,23oiclbi偶数偶数01632816612,soc偶数奇数1，2，351071412, 3, 1binhi一、一、 原子核的自旋原子核的自旋 atomic nuclear spin 若原子核存在自旋，产生核磁矩： 自旋角动量： 核磁子=eh/2m c；自旋量子数（i）不为零的核都具有磁矩，)1(2 iih )1( iig 核 磁 矩：79270.21h70216.013c讨论讨论:(1) i=0 的原子核的原子核 16 o； 12 c； 22 s等等 ，无自，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收旋，没有磁矩，不产生共振吸收

5、(2) i=1 或或 i 0的原子核的原子核 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；不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；(3)1/2的原子核的原子核 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，旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，c，h也是有也是有机化合物的主要组成元素

6、。机化合物的主要组成元素。样品于外加磁场下产生样品于外加磁场下产生+z+z方向净磁矩方向净磁矩ns净磁矩净磁矩原子核磁矩受外加电磁波脉冲后形成fid能级变化能级变化外加磁场（外加磁场（b bo o) )与能极差（与能极差（e e）之间关系）之间关系信号转换过程信号转换过程实现核磁共振方法实现核磁共振方法化学位移（化学位移（chemical shift) 虽然虽然nmr 谱仪所测量的是原子核本身，但是频谱信谱仪所测量的是原子核本身，但是频谱信号上所显示的号上所显示的larmor共振频率分布情形与原子核外围的共振频率分布情形与原子核外围的电子云状态有关，而电云密度也与原子核之间的排列组合电子云状态

7、有关，而电云密度也与原子核之间的排列组合对应。因此，分析对应。因此，分析nmr谱图可以获得整个分子的信息。谱图可以获得整个分子的信息。不同官能团上原子核进动频率会对应特定的频率，这个进不同官能团上原子核进动频率会对应特定的频率，这个进动频率就被成为化学位移。它是动频率就被成为化学位移。它是nmr谱中鉴定官能团种谱中鉴定官能团种类的重要信息。类的重要信息。不同官能团上氢核在不同官能团上氢核在nmr谱上的谱上的larmorlarmor进动频率进动频率j j- -偶合（偶合（j-coupling) ) 原子核之间通过化学键的原子核之间通过化学键的j-偶合使得先前的原偶合使得先前的原子核进动频率分裂成

8、多重吸收峰，可以提供原子子核进动频率分裂成多重吸收峰，可以提供原子核之间连接的信息。核之间连接的信息。驰豫（relaxation，t1/t2)原子核从激发态回到基态的过程称为驰豫。原子核从激发态回到基态的过程称为驰豫。去偶合去偶合（decoupling)4核磁共振原理示意图核磁共振原理示意图核磁实验的四个步骤1 2 3 4仪器简介仪器简介磁体部分磁体部分1 样品的准备样品的准备核磁管不均匀核磁管不均匀核磁管中溶液不足核磁管中溶液不足溶剂的选择和溶剂的用量溶剂的选择和溶剂的用量 o 1. 被测样品的溶解度是选择溶剂时首先要考虑被测样品的溶解度是选择溶剂时首先要考虑的因素。的因素。o 2. 溶剂必须采用氘代试剂。溶剂必须采用氘代试剂。o 3. 样品的溶液应有较