NMR概述ppt课件

1、NMR概述,研发分析 涂波 2015.10.13,1,目录,发展简史 NMR品牌 四大谱的原理 一维谱内容介绍 二维谱内容介绍 核磁新技术 定量核磁,2,发展简史,1936年： 科学家预测到了核磁共振现象 1946年： 美国斯坦福大学 F. Bloch研究组 美国哈佛大学 E. M. Purcell研究组 （获得1952年诺贝尔物理学奖） 1951年：卢福春和W.G.Proctor博士发现了 含氮化合物的14N-NMR信号 1951年： M. E. Packard博士首次成功地记录了乙醇的 1H-NMR谱 50年代： 40MHz核磁共振仪 1958年开始推广 60MHz核磁共振仪,3,发展简史

2、,60年代： 超导核磁共振研制成功 100MHz核磁共振仪 220MHz核磁共振仪 250MHz核磁共振仪 脉冲傅立叶变换 核 Overhauser 效应 70年代：付立叶变换技术引入核磁共振 300MHz核磁共振仪 400MHz核磁共振仪 500MHz核磁共振仪 1971年： J. Jeener 博士提出二维核磁共振概念 80年代： 600MHz核磁共振仪问世 二维核磁共振技术有了实质性的突破,4,发展简史,90年代： 二维核磁共振技术取得到了长足地进步 脉冲梯度场 1991年： 瑞士核磁共振谱学家 R. R. Ernst 教授因其在 二维核磁共振谱和脉冲-傅立叶变换核磁共振 上的杰出贡献而

3、获得诺贝尔化学奖 90年代： 三维、四维核磁共振技术取得到了实质性的突破,5,NMR品牌,布鲁克（Bruker) 安捷伦（原瓦里安) 日本电子,6,布鲁克,布鲁克公司创立于1960年，自创立伊始，公司始终秉持一条理念：为每个分析任务提供最佳技术解决方案。布鲁克公司是在纳斯达克上市的世界著名的高科技分析仪器跨国企业，以生产质谱仪、核磁共振谱仪、傅立叶红外/拉曼光谱仪、原子力显微镜、光学轮廓仪、摩擦磨损测试设备等高水平、高精度分析仪器享誉全球科技界。 布鲁克（Bruker）是一家将“技术创新”诠释到极致的公司：成立半世纪以来始终秉承为每个分析任务提供最佳技术解决方案；每年投入到研发方面的经费接近1

4、0%，成为业界之最；拥有享誉世界的高水平、高精度分析仪器；应用范围也逐渐走出科研机构迈向工业及生命医疗领域,7,安捷伦,2010年，以15亿美元收购瓦里安，包括NMR。 2013年，宣布结束OEM（磁体技术），退出MRI（核磁成像）。 2014年，关闭NMR。消减300个岗位。,8,日本电子 -只闻其名，难觅踪影,成立于1949年，唯一一个可以提供全部高端科学仪器的公司，电镜、核磁、质谱。 80年代进入中国，当年就有近20台的成绩，但至今仍只有20多台（全国近1000多台）！ 原因： 1.巴黎统筹委员会 技术禁运 2.解禁后，公司策略，重心在电镜 2014.11高调宣布回归。,9,四大谱原理,

5、紫外：分子中价电子的能级跃迁。 红外：分子中振动能级或转动能级的跃迁。 质谱：分子-分子离子-碎片离子-质荷比。 核磁：原子核的能级跃迁。,10,NMR 原理,核磁共振简称NMR，是指处于外磁场中的物质原子核系统收到相应频率的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。根据核磁共振波谱图上的共振峰的位置、强度和精细结构等信息，可以研究分子的结构。,11,NMR 原理,质子是一种转动着的带电荷的粒子(Z=1)，故有磁矩。 磁矩只有两种可能的取向，在无外磁场时，这两种取向的能量是简并的，习惯上采用核自旋量子数m来表征。如对一个质子， m=+或-。把

6、这种核描述为1/2的核自旋(I)。 核电荷带正电，故核磁矩沿磁场方向(m=+)排列的核，其能量最低。,12,NMR 原理,13,核磁共振：处于外磁场中的物质原子核系统收到相应频率的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。,14,NMR 原理,提供的外加磁场越高，仪器越灵敏。 旋磁比越大，核越敏感。 不同的核由于其旋磁比不同而在相同的磁场下有不同的共振频率。 g1H = 26,753 107T-1s-1 g13C = 6,728 107T-1s-1 400MHz： 1H 400MHz 13C 100.56MHz 15N 40.52MHz 31P 161.92MHz,15,只有当原子核的自

7、旋量子数I非零时，原子核才具有非零的自旋角动量P，从而具有磁矩m ，才可能通过核磁进行观察和研究。,质子数 中子数 自旋量子数 典型核 偶数 偶数 0 12C，16O，32S 奇数 奇数 1，2，3 2H，14N，10B 偶数 奇数 1/2，3/2，5/2 13C，17O 奇数 偶数 1/2，3/2，5/2 1H，19F，31P，11B，35Cl，127I,16,一维谱内容介绍,1H 化学位移，耦合常数，积分值 13C 化学位移 编辑的13C C的级别 杂核 19F，31P，etc 化学位移: 质子的化学环境类型 耦合常数：质子之间的相互影响 积分值：各类质子的相对数量,17,一维谱内容介绍,

8、在磁场中,由于原子核外电子的运动而产生一个小的磁场Be(local field).此小磁场与外加磁场(B0)方向相反.从而使原子核感受到一个比外加磁场小的磁场(B0+Blo).此一现象我们称做化学位移作用或屏敝作用.,18,一维谱内容介绍,由于化学位移是与外加磁场成正比,所以在不同的磁场下所的化学位移数值也不同.也会引起许多麻烦.引入ppm并使用同意参照样品,就是光谱独立于外加磁场.,19,一维谱内容介绍,即使使用不同的仪器或在不同的场强下,相同的官能团具有相同的ppm值.不同的官能团由于存在于不同的电子环境因而具有不同的化学位移,从而使结构坚定成为可能.,20,一维谱内容介绍,原子核间的耦合

9、N1规律,21,碳谱,12C 98.9% 磁矩=0, 没有NMR 13C 1.1% 有磁矩(I=1/2)， 有NMR 灵敏度很低, 仅是 1H 的 1/6700 （采集时间长，且定量不准） 化学位移范围大 300 ppm, 1H 谱的 2030 倍 分辨率高, 谱线之间分得很开，容易识别,22,Decoupling of 13C NMR,13C 自然丰度 1.1%，不必考虑 13C 与 13C 之间的耦合，只需考虑同 1H 的耦合。,23,13C的化学位移,24,编辑13C谱DEPT,DEPT-45: CH(+), CH2(+), CH3(+) DEPT-135: CH(+), CH2(0),

10、 CH3(0) DEPT-90: CH(+), CH2(-), CH3(+),25,二维谱,26,二维谱,27,COSY,28,NMR新技术,HPLC-NMR、SFC-NMR、CE-NMR等 固体核磁：晶型鉴别 Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy (DOSY),29,HPLC-NMR,NMR能提供大量的分子结构的信息，但要求样品为纯品，对于复杂的混合物，因为信号的覆盖，单纯的NMR就无能为力。 溶剂峰对被分析信号的干扰； 灵敏度远低于其他常规检测器；,30,固体核磁（ SS NMR）,以固态样品为研究对象的分析技术，分子的快速运动受到限制，化学位移各向异性等各

11、种作用的存在使谱线增宽严重，因此固体核磁共振技术分辨率相对于液体的较低。 分类：静态旋转、魔角旋转（高分辨率） 作用：1.样品不溶解或者样品溶解，但是结构改变；作为x-ray的重要补充。（达沙替尼 施达赛、正大天晴） 2.无机材料（固体催化剂、玻璃、陶瓷等）；有机固体（高分子、固态蛋白质等）,31,Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy,DOSY：扩散排序实验 原理：借由梯度的变化，导致扩散速率不同，其坐标轴为化学位移及扩散速率。 分一维、二维、三维。,32,Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy,33,定量核磁（qNMR）,原理：对

12、于确定的核(如质子)，其信号强度与产生该信号的核(如质子)的数目成正比，而与核的化学性质无关。 n为用于定量的基团上核(如质子)的个数。,34,定量核磁（qNMR）,常用定量方法： 绝对定量法：以含量已知的化合物为内标，与待测物制成混合溶液同时测定，通过两者峰面积的比值确定待测物的含量。 相对定量法：对含有两种或两种以上成分的混合物，比较其峰面积来确定其相对含量。主要用于复方制剂及中药中各成分相对含量的测定、药物的已知杂质限量检查等。,35,定量核磁（qNMR）,应用： 1.新药质量研究中，由于没有含量已知的对照品，必须首先对对照品进行标化。虽然通过其它检测手段可以扣除其中的挥发性物质、水分、

13、灰分、酸根等，但其纯度通常使用色谱面积归一法测定，由于忽略了主成分与杂质校正因子的差异从而有可能给测量的结果带来误差。采用qNMR确定对照品含量，简单快速，专属性高，不受对照品限制，不破坏被测样品，甚至可选择性地测定混合药物或药物制剂中的组分含量，是其它方法的一种很好的补充，也是检验其它分析方法的重要手段之一。,36,定量核磁（qNMR）,2.在杂质检查方面的应用 原料药与制剂的相关物质检查及稳定性考察中，均涉及到杂质的含量测定，qNMR法的优势是可以不经过分离直接测定，并有可能提供药物中所有成分的整体信息。在杂质检查方面，目前qNMR主要用于副产物和降解产物的含量测定。在制剂的稳定性考察中，qNMR法用于溶出度与释放度测定的应用也在逐渐增多。,37,