试验38用核磁共振波谱法测量过渡金属离子的磁矩

1、实验38用核磁共振波谱法测量过渡金属离子的磁矩、目的要求1了解核磁共振波谱仪的基本结构和操作方法，加深理解核磁共振波谱的原理。2掌握用核磁共振波谱法测量过渡金属离子磁矩的原理，加深理解磁矩的概念。、原理在核磁共振波谱中，质子共振谱线的化学位移取决于所研究介质的体积磁化率。若在某溶液中存在着顺磁性离子和不与此类离子发生作用的惰性物质，则该惰性物质的质子共振谱线由于顺磁离子的存在而导致的化学位移的改变在理论上可用下述方程来表示：(38-1)式中：（以Hz为单位）为溶液中含有和不含顺磁性物质时惰性参考物质1H核磁共振谱线位移的差别； 是所用的核磁共振频率 （在本实验的情况下 =60MHz ）; 为含

2、有顺 磁性物质溶液的体积磁化率；是参考溶液的体积磁化率。例如：在含有顺磁性物质的水溶液中加入一些惰性参考物质叔丁醇（保持其浓度为3% ）,将上述溶液装在一个底部封结的小玻璃管中，见图38-1。在NMR管2中，另配一份不含顺磁性物质的 3%的叔丁醇水溶液，然后将 1置于2中。在记录谱时我们会发现，正如 式（38-1 ）所表达的那样，由于上述两种溶液的体积磁化率不同，因而我们在谱图上所得到 的叔丁醇甲基质子的 NMR谱线不是一条，而是分立的两条。1W/7图38-1 装有待测样品的核磁样品管示意图1 小玻璃管，内装含有顺磁性物质的叔丁醇水溶液；2 NMR管，内装不含顺磁性物质的叔丁醇水溶液。我们知道

3、，溶质的质量磁化率可用下式表示:(38-2)3八.(a° - as)丄0土 02 照：0mm式中：为两条谱线间的频差；、.0是质子的共振频率；m是1ml溶液中所含顺磁性物质的质量；*o是溶剂的质量磁化率（对于稀的叔丁醇水溶液来说，人=-0.72 xi0-6（cm3）; a °是溶剂的密度；:s是溶液的密度。对于高顺磁性物质来说，最后一项常可忽略不计。而质量磁化率 乘上顺磁性物质的分子量即可换算成摩尔磁化率m ,可近似地认为由“自旋”组分所组成，其抗磁性贡献可以忽略不计，由摩尔磁化率m与磁矩的关系可得到:NaB3KT(38-3 )式中：Na是Avogadro常数；b是玻尔磁子

4、，其值为 9.273 xiO-21erg/G ； 是磁矩（以玻 尔磁子为单位）；K是Boltaman常数；T是测量温度（本实验在 34.5下测量，T=307.5K ）。 为了计算磁矩，可将（38-3 ）式改写为：P=3KT 了 = 3".38"0比汉307.7 了-V N1! m = ： 6.02 域 1023 汉（9.273 沢10亠）2m= 2.46 103 m (乜(38-4 )磁矩与自旋量子数 S以及未成对电子数 n有如下的关系:上.n（n 2） （g）（38-5）由（38-4 ）和（38-5 ）式即可求出过渡元素离子的未成对电子数n。三、仪器和试剂JNM-PMX6

5、0SI型核磁共振波谱仪 1台； 5mm核磁样品管6只；底部封闭的毛细玻璃管5只；3%叔丁醇水溶液；K4Fe（CN） 6 3H 20（分析纯）;aFe（CN） 6（分析纯）;FeSO 4 7H2O （分析纯）；CuSO 4 5H2O （分析纯）；CoCl 2 6H2O （分析纯）。四、实验步骤1. 在6只核磁样品管中加入3%的叔丁醇水溶液各少许（约0.5ml ）。分别称取K4Fe（CN） 6 3H2O, K3Fe（CN） 6, FeSO 4 7H 2O , CuSO 4 5H 2O , CoCl 2 6H 2O 等药品各 100毫克溶于100毫升水中，再加入叔丁醇各3毫升，混合摇匀。用微型注射器

6、将上述5种溶液小心注入毛细管中各少许，然后将5支毛细管分别放入装有叔丁醇水溶液的核磁样品管中。2 在教师指导下。根据仪器说明书，熟悉仪器各控制键的功能，选择初始工作条件（射频 功率、扫描时间、扫描宽度等）。3 将磁控台顶部“空气泵开关”打开，将样品管放入“预热槽”预热5min。4 将转子套在与预热过的样品管上，用纱布擦净管外壁。将套好样品管的转子插入“计量规”内，用食指轻轻将样品管压至触底。5 将样品管及转子放入“样品管插入口”内。样品管及转子受气流顶托，悬浮在插入口。将“样品管闸把”按从左至右的次序依次扭动，最后打向“ SPINNING ”直至样品管均匀快速旋转。6 .在记录仪上装好记录纸。按下“ CHART HOLD ”键。扫描时间按下“250 ”键，调整好扫描 宽度。7 按下PEN ”键，按住向左的QUICK ”键，使滑臂移至适当位置，然后松手。&按下向右的“REC ”键，同时用左手轻按滑臂，使笔头轻触记录纸，此时扫描开始。9 .将每一样品预热 5min，再分别记录 NMR谱。五、实验注意事项1 记录仪上的各控制旋钮不要随便乱动，特别是分辨率旋钮，以免影响信号强度。2 样品管及转子在放入“样品管插入口”之前，一定要将样品管外壁擦拭干净，以免有污物 被带入“样品管插入口”中，影响样品管的旋转。