核磁共振波谱法学习教案.pptx

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1、会计学 1核磁共振(h c n zhn)波谱法第一页，共163页。1985 First protein structure(bovine pancreatic trypsin inhibitor)in solution(Wthrich)1973 Imaging tomography(Mansfield)第1页/共162页第二页，共163页。By now:More than 150 protein structures(M 60 000)BPTIBound waterProtein dynamics 第2页/共162页第三页，共163页。Functional MRI第3页/共162页第四页，共1

2、63页。MRI is used for imaging of all organs in the body.第4页/共162页第五页，共163页。NMR Nobel Prize WinnersNMR Nobel Prize Winnersn n 1944 Isador Rabi 1944 Isador Rabin n 1952 Felix Bloch 1952 Felix Bloch&Edwin Purcell&Edwin Purcelln n 1991 Richard Ernst 1991 Richard Ernstn n 2002 Kurt Wthrich 2002 Kurt Wthric

3、hn n 2003 Paul Lauterbur 2003 Paul Lauterbur&Sir Peter Mansfield&Sir Peter Mansfield第5页/共162页第六页，共163页。The Nobel Prize in Physics 1952for their development of new methods for nuclear magnetic precision measurements and discoveries in connection therewith Felix Bloch Edward Mills Purcell 第6页/共162页第七页

4、，共163页。The Nobel Prize in Chemistry 1991for his contributions to the development of the methodology of high resolution nuclear magnetic resonance(NMR)spectroscopyRichard R.Ernst 第7页/共162页第八页，共163页。The Nobel Prize in Chemistry 2002for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for det

5、ermining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solutionKurt Wthrich 第8页/共162页第九页，共163页。The Nobel Prize in Medicine 2003for their discoveries concerning magnetic resonance imaging Paul C.Lauterbur Sir Peter Mansfield 第9页/共162页第十页，共163页。概述(i sh)核磁共振核磁共振(Nuclear Magnetic Reson

6、ance(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)NMR)是上世纪是上世纪中叶发现的低能电磁波（无线电波）与物质相互作用的一中叶发现的低能电磁波（无线电波）与物质相互作用的一种基本物理现象。种基本物理现象。核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作用时，在其磁能级之率（兆赫数量级的射频）的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。间发生的共振跃迁现象。核磁共振波谱是测量原子核对射频辐射（核磁共振波谱是测量原子核对射频辐射（441000MHz1000MHz）的吸收，这种吸收只有在

7、高磁场中才能产生。核磁共振是的吸收，这种吸收只有在高磁场中才能产生。核磁共振是近几十年发展起来的新技术，它与元素分析、紫外光谱、近几十年发展起来的新技术，它与元素分析、紫外光谱、红外光谱、质谱等方法配合，已成为红外光谱、质谱等方法配合，已成为(chngwi)(chngwi)化合物结化合物结构测定的有力工具。目前核磁共振波谱的应用已经渗透到构测定的有力工具。目前核磁共振波谱的应用已经渗透到化学学科的各个领域，广泛应用于有机化学、药物化学、化学学科的各个领域，广泛应用于有机化学、药物化学、生物化学、环境化学等与化学相关的各个学科。生物化学、环境化学等与化学相关的各个学科。第10页/共162页第十一

8、页，共163页。Kcal/mol5.7 X 1059.5 X 1031.7 X 1034.8 X 1029.5 X 10-31.2 7210-4EIMS NMR第11页/共162页第十二页，共163页。Figure:(a)Nuclear spins are oriented randomly in the absence of an external magnetic field but(b)have a specific orientation in the presence of an external field,B0.Some of the spins(red)are aligned

9、parallel to the external field while others(blue)are antiparallel.The parallel spin state is slightly lower in energy and therefore favored第12页/共162页第十三页，共163页。Dependence of the difference in energy between lower and higher Dependence of the difference in energy between lower and higher nuclear spin

10、 levels of the hydrogen atom nuclear spin levels of the hydrogen atomNuclei in different environments(i.e.with different amounts of electron density around them)will require different amounts of energy to“flip”to higher energy different spin state第13页/共162页第十四页，共163页。n n物质的磁性是由分子电流引起的。是一种特殊的物物质的磁性是由

11、分子电流引起的。是一种特殊的物质形式。磁场不仅可由电流激发，也可通过变化着质形式。磁场不仅可由电流激发，也可通过变化着的电场激发。的电场激发。n n直线电流产生的磁场，其方向用右手螺旋法则确定。直线电流产生的磁场，其方向用右手螺旋法则确定。n n在磁体内部在磁体内部(nib)(nib)，磁场方向由，磁场方向由SS极指向极指向NN极；在磁极；在磁体外部，磁场方向由体外部，磁场方向由NN极指向极指向SS极。极。n n磁场强度磁场强度BB是用来度量磁场中某点磁场大小和方向的是用来度量磁场中某点磁场大小和方向的物理量。单位为高斯（物理量。单位为高斯（Gauss,Gauss,简称简称GG）和特斯拉）和特

12、斯拉（TeslaTesla，简称，简称TT），），1G=10-4T1G=10-4T。1.磁场强度(cchng qingd)第14页/共162页第十五页，共163页。2.磁矩将磁极强度为m，长度为l的条形，磁铁放入场强为B0的匀强磁场中，磁铁就会受到一种力偶矩（M）的作用。M=mlB0M与l反映磁铁的固有性质，与外磁场无关(wgun)。乘积ml叫条形磁铁的磁矩。第15页/共162页第十六页，共163页。External Magnetic FieldWhen placed in an external field,spinning protons act like When placed in a

13、n external field,spinning protons act like bar magnets.bar magnets.=第16页/共162页第十七页，共163页。Two Energy StatesThe magnetic fields of the The magnetic fields of the spinning nuclei will align spinning nuclei will align either either with with the external the external field,or field,or againstagainst the

14、 field.the field.A photon with the right A photon with the right amount of energy can be amount of energy can be absorbed and cause the absorbed and cause the spinning proton to flip.spinning proton to flip.=第17页/共162页第十八页，共163页。3.转动(zhun dng)和角频率（角速度）如圆盘匀速转动，则角速度 为常数(chngsh)，单位是。物体运动时，如果(rgu)其上各点都绕

15、同一直线作圆周运动，该运动就称为转动(rotation)，此直线就是转轴。第18页/共162页第十九页，共163页。4.角动量角动量(angular momentum)或动量矩(moment of momentum)PJ为转动惯量(rotational inertia),其大小由物体(wt)的质量、质量分布以及转轴的位置三者决定。J和 相当于运动物体(wt)的动量(momentum)中的m和v。第19页/共162页第二十页，共163页。5.进动(jn dn)以陀螺的转动为例，当其转动轴线与重力方向出现(chxin)倾角 时，陀螺在绕自身轴线转动的同时，其转轴还绕重力方向回转。物理学上把这种回转

16、现象称为进动(precession)第20页/共162页第二十一页，共163页。6.原子核的自旋(z xun)原子由原子核和绕核运动的电子所组成。自旋（spin）是指微观粒子像地球自转轴旋转那样高速旋转。这种旋转又与圆线圈中的电流（圆电流）类似，因而会产生磁场。自旋是粒子或原子核具有磁矩的原因。核外电子有单电子的轨道(gudo)运动和电子的自旋两种运动方式。大多数原子核也具有自旋的特性。第二节 核磁共振(h c n zhn)的基本概念第21页/共162页第二十二页，共163页。7.原子核的磁矩原子核是带正电的粒子,其电荷均匀地分布(fnb)在它的表面上。核的自旋运动使得核的周围出现磁场。原子核

17、的磁矩为 方向垂直于环形电流的方向。为核的磁旋比。（核的特征(tzhng)常数）第22页/共162页第二十三页，共163页。核磁共振现象(xinxing)的产生原子核的基本属性 1）原子核的质量和所带电荷 是原子核的最基本属性。2）原子核的自旋和自旋角动量 量子力学中用自旋量子数I描述原子核的运动(yndng)状态。第23页/共162页第二十四页，共163页。质量数质子数 中子数自旋量子数I典型核偶数 偶数 偶数012C,16O,32S偶数 奇数 奇数n/2(n=2,4)2H,14N奇数 偶数奇数奇数偶数n/2(n=1,3,5.)13C,17O,1H,19F,15N，11B,34Cl,79Br

18、,81Br各种(zhn)核的自旋量子数I=0，非自旋球体(qit)，无核磁共振现象；I=1，2，3，3/2，5/2.自旋椭球体(qit)；I=1/2，自旋球体(qit)。第24页/共162页第二十五页，共163页。核磁共振产生的条件当外界(wiji)电磁波提供的能量正好等于相邻能级间的能量差时，核就能吸收电磁波的能量从较低能级跃迁到较高能级，被吸收的电磁波的频率为：外磁场的存在是核磁共振(h c n zhn)产生的必要条件。计算：B0=2.35T时，1H的吸收频率？13C的吸收频率？100MHz25.2MHz射频(sh pn)（无线电波）部分。第25页/共162页第二十六页，共163页。驰豫（

19、relaxation）受激发射：在电磁波作用下，处于高能级的粒子回到低能级，发出频率(pnl)为的电磁波，因此电磁波强度增强的现象。Boltzmann分布表明，在平衡状态下，高低能级上的粒子数分布由下式决定：自发辐射(z f f sh)的几率与能级差成正比。从激发状态(zhungti)恢复到Boltzmann平衡的过程就是驰豫过程。第26页/共162页第二十七页，共163页。Nuclear Spinn n A nucleus with an odd atomic number or an odd mass number has a nuclear spin.n n The spinning c

20、harged nucleus generates a magnetic field.=第27页/共162页第二十八页，共163页。E and Magnet Strengthn n Energy difference is proportional to the magnetic field strength.n n E=h=h B0 2 n n Gyromagnetic ratio,is a constant for each nucleus(26,753 s-1gauss-1 for H).n n In a 14,092 gauss field,a 60 MHz photon is requ

21、ired to flip a proton.n n Low energy,radio frequency.=第28页/共162页第二十九页，共163页。核磁共振(h c n zhn)原理一、原子核的磁矩 原子核是带正电荷的粒子，和电子一样有自旋现象，因而具有自旋角动量以及相应的自旋量子数。由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会(sh hu)产生核磁矩。核磁矩和角动量都是矢量，它们的方向相互平行，且磁矩与角动量成正比，即=p 式中：为旋磁比（magnetogyricratio）,radT1s1，即核磁矩与核的自旋角动量的比值，不同的核具有不同旋磁比，它是磁核的一个特征值；为磁矩，用

22、核磁子表示，1核磁子单位等于5.051027JT1；第29页/共162页第三十页，共163页。p p 为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表示 为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表示(bi(bi osh)p osh)p 为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表 为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表 式中：式中：h h 为普郎克常数（为普郎克常数（6.631034Js 6.631034Js）；）；I I 为自旋量子数，为自旋量子数，与原子的质量数及原子序数有关。式中：与原子的质量数及原子序数有关。式中：h h 为普郎克常数 为普郎克常数（6.631034Js 6.631034J

23、s）；）；I I 为自旋量子数，与原子的质量数及原子序 为自旋量子数，与原子的质量数及原子序数有关。数有关。第30页/共162页第三十一页，共163页。基本原理一 原子核的自旋(z xun)和磁矩第31页/共162页第三十二页，共163页。当 当I=0 I=0时，时，p=0 p=0，原子核没有磁矩，没有自旋现象；当，原子核没有磁矩，没有自旋现象；当I I 0 0时，时，p 0 p 0，原子核磁矩不为零，有自旋现象。，原子核磁矩不为零，有自旋现象。I=1/2 I=1/2的原子核在自旋过程中核外电子云呈均匀的球型分布，的原子核在自旋过程中核外电子云呈均匀的球型分布，见图 见图10.1 10.1（b

24、 b）核磁共振）核磁共振(h c(h c n n zhn)zhn)谱线较窄，最适宜核 谱线较窄，最适宜核磁共振 磁共振(h c(h c n n zhn)zhn)检测，是 检测，是NMR NMR主要的研究对象。主要的研究对象。I I 1/2 1/2的原子核，自旋过程中电荷在核表面非均匀分布 的原子核，自旋过程中电荷在核表面非均匀分布 图10.1 原子核的自旋(z xun)形状第32页/共162页第三十三页，共163页。质量数 A原子序数 Z自旋量子数 I核磁性 原子核偶数 偶数 0 无偶数 奇数 整数 有奇数 奇或偶数 半整数 有自旋(z xun)量子数与质量数、原子序数第33页/共162页第三

25、十四页，共163页。自旋量子数与原子 自旋量子数与原子(yunz(yunz)的质量数及原子 的质量数及原子(yunz(yunz)序数的关系见表：序数的关系见表：质量数 质量数A A原子序数 原子序数Z Z自旋量子数 自旋量子数INMR INMR信号原子核 信号原子核偶数 偶数(u sh)u sh)偶数 偶数(u sh)u sh)0 0无 无12C6 16O832S16 12C6 16O832S16 奇数奇或偶数 奇数奇或偶数(u sh)u sh)有 有1H1 1H1，13C6 13C6 19F9 19F9，15N7 15N7，31P15 31P15奇数奇或偶数 奇数奇或偶数(u sh)u sh

26、)3/2,5/2 3/2,5/2 有 有17O8 17O8，33S16 33S16偶数 偶数(u sh)u sh)奇数 奇数1,2,3 1,2,3有 有2H1 2H1，14N7 14N7第34页/共162页第三十五页，共163页。I1/2I 1/2第35页/共162页第三十六页，共163页。原子核的磁矩第36页/共162页第三十七页，共163页。二 自旋核在磁场(cchng)中的行为核磁矩在外加磁场(cchng)中的取向：1 能级(nngj)分裂第37页/共162页第三十八页，共163页。第38页/共162页第三十九页，共163页。2 核磁共振(h c n zhn)的产生第39页/共162页第

27、四十页，共163页。产生(chnshng)NMR条件(1)I 0的自旋(z xun)核(2)外磁场H0(3)与H0相互垂直的射频场，且第40页/共162页第四十一页，共163页。3 能级分布(fnb)与弛豫过程第41页/共162页第四十二页，共163页。饱和 低能态的核数目等于(dngy)高能态的核数目,核磁共振信号消失。弛豫 高能态的核以非辐射的方式回到低能(dnng)态，重建Boltzmann分布。第42页/共162页第四十三页，共163页。谱线宽度（）值取决于T1与T2二者中的较小者第43页/共162页第四十四页，共163页。1 磁体提供强度大、稳定和均匀(jnyn)的外磁场 永久磁铁,

28、超导磁体核磁共振(h c n zhn)波谱仪一 连续(linx)波核磁共振波谱仪2 探头-将样品管保持在磁场中某一固定位置第44页/共162页第四十五页，共163页。4 信号(xnho)检测及记录处理系统3 射频源发射(fsh)一定频率的电磁辐射信号第45页/共162页第四十六页，共163页。二 傅里叶变换(binhun)核磁共振波谱仪第46页/共162页第四十七页，共163页。核磁共振波谱仪主要 核磁共振波谱仪主要(zh(zh yo)yo)由磁铁、射频振荡器、射频接收器 由磁铁、射频振荡器、射频接收器等组成 等组成 第47页/共162页第四十八页，共163页。NMR Spectrometer

29、第48页/共162页第四十九页，共163页。NMR SpectrometersA 500 MHz NMRNMR Lab in Shelby HallNMR tube and holder Inserting NMR tube into NMR magnet第49页/共162页第五十页，共163页。Old School:Continuous wave(CW)40 MHz NMR spectrometer1960第50页/共162页第五十一页，共163页。Old School:Continuous wave(CW)60 MHz NMR spectrum1964第51页/共162页第五十二页，共16

30、3页。Not so old:1980s60 MHz第52页/共162页第五十三页，共163页。400 MHz第53页/共162页第五十四页，共163页。600 MHz第54页/共162页第五十五页，共163页。800 MHz83=512times assensitiveas 100 MHz(not to mention(not to mentionthe chemical the chemical shift advantage shift advantage discussed below)discussed below)*1)Boltzmann factor2)Energy quantum

31、3)Electronics sensitivity*第55页/共162页第五十六页，共163页。900 MHz NMR spectrometerYokohama City University500 MHz NMR spectrometerNorthern Kentucky University第56页/共162页第五十七页，共163页。58n n 布鲁克 布鲁克2009 2009年推出世界 年推出世界(shji)(shji)上第一台 上第一台1000MHz NMR 1000MHz NMR。n n 用户：用户：The European Center The European Center fo

32、r High Field NMR in Lyon for High Field NMR in Lyon第57页/共162页第五十八页，共163页。NMR Spectrometern n Schematic diagram of a nuclear magnetic resonance spectrometer.第58页/共162页第五十九页，共163页。1、磁铁(cti)n n可以是永久磁铁，也可以是电磁铁，前者稳定性好。磁场可以是永久磁铁，也可以是电磁铁，前者稳定性好。磁场要求在足够大的范围内十分均匀。当磁场强度为要求在足够大的范围内十分均匀。当磁场强度为1.409T1.409T时，时，其不

33、均匀性应小于六千万分之一。这个要求很高，即使细其不均匀性应小于六千万分之一。这个要求很高，即使细心加工也极难达到。因此在磁铁上备有特殊的绕组，以抵心加工也极难达到。因此在磁铁上备有特殊的绕组，以抵消磁场的不均匀性。磁铁上还备有扫描线圈，可以连续改消磁场的不均匀性。磁铁上还备有扫描线圈，可以连续改变磁场强度的百万分之十几。可在射频振荡器的频率固定变磁场强度的百万分之十几。可在射频振荡器的频率固定(gdng)(gdng)时，改变磁场强度，进行扫描。时，改变磁场强度，进行扫描。n n 由永久磁铁和电磁铁获得的磁场一般不能超过由永久磁铁和电磁铁获得的磁场一般不能超过2.4T2.4T，这，这相应于氢核的

34、共振频率为相应于氢核的共振频率为100MHz100MHz。对于。对于200MHz200MHz以上高频以上高频谱仪采用超导磁体。由含铌合金丝缠绕的超导线圈完全浸谱仪采用超导磁体。由含铌合金丝缠绕的超导线圈完全浸泡在液氦中间，对超导线圈缓慢地通入电流，当超导线圈泡在液氦中间，对超导线圈缓慢地通入电流，当超导线圈中的电流达到额定值（即产生额定的磁场强度时），使线中的电流达到额定值（即产生额定的磁场强度时），使线圈的两接头闭合，只要液氦始终浸泡线圈，含铌合金在此圈的两接头闭合，只要液氦始终浸泡线圈，含铌合金在此温度下的超导性则使电流一直维持下去。使用超导磁体，温度下的超导性则使电流一直维持下去。使用超

35、导磁体，可获得可获得1017.5T1017.5T的磁场，其相应的氢核共振频率为的磁场，其相应的氢核共振频率为400750 MHz400750 MHz。第59页/共162页第六十页，共163页。61 超导磁体的四个重要(zhngyo)指标1.1.杂散磁场杂散磁场(cch(cchng)ng)：越小越好越小越好2.2.磁场磁场(cch(cchng)ng)漂移：漂移：越低越好越低越好3.3.液氦消耗：液氦消耗：添加时间越长越好，添添加时间越长越好，添加量越少越好加量越少越好4.4.匀场组数：匀场组数：越多越好越多越好第60页/共162页第六十一页，共163页。2、射频(sh pn)振荡器 射频振荡器就

36、是用于产生射频，射频振荡器就是用于产生射频，NMRNMR仪通常仪通常采用恒温下石英采用恒温下石英(shyng)(shyng)晶体振荡器。射频振晶体振荡器。射频振荡器的线圈垂直于磁场，产生与磁场强度相适应荡器的线圈垂直于磁场，产生与磁场强度相适应的射频振荡。一般情况下，射频频率是固定的，的射频振荡。一般情况下，射频频率是固定的，振荡器发生振荡器发生60MHz60MHz（对于（对于1.409T1.409T磁场）或磁场）或100MHz100MHz（对于（对于2.350T2.350T磁场）的电磁波只对氢核磁场）的电磁波只对氢核进行核磁共振测定。要测定其它的核，如进行核磁共振测定。要测定其它的核，如19

37、F19F，13C13C，11B11B，则要用其它频率的振荡器。，则要用其它频率的振荡器。第61页/共162页第六十二页，共163页。3、射频(sh pn)接收器 射频接收器线圈在试样管的周围，并于振荡器线圈和扫描线圈相垂直，当射频振荡器发生的频率v0与磁场强度B0达到前述特定组合时，放置在磁场和射频线圈中间的试样就要发生共振而吸收(xshu)能量，这个能量的吸收(xshu)情况为射频接收器所检出，通过放大后记录下来。所以核磁共振波谱仪测量的是共振吸收(xshu)。第62页/共162页第六十三页，共163页。4、探头(tn tu)样品探头是一种用来使样品管保持在磁场(cchng)中某一固定位置的

38、器件，探头中不仅包含样品管，而且包括扫描线圈和接收线圈，以保证测量条件一致。为了避免扫描线圈与接收线圈相互干扰，两线圈垂直放置并采取措施防止磁场(cchng)的干扰。第63页/共162页第六十四页，共163页。仪器中还备有积分仪，能自动 仪器中还备有积分仪，能自动(zdng)(zdng)划出积分曲线，以指出各组共振峰的面积。划出积分曲线，以指出各组共振峰的面积。NMR NMR仪其工作过程，将样品管（内装待测的样品溶液）放置在磁铁两极间的狭缝中，并以 仪其工作过程，将样品管（内装待测的样品溶液）放置在磁铁两极间的狭缝中，并以一定的速度（如 一定的速度（如50-60 50-60周 周/s/s）旋转

39、，使样品受到均匀的磁场强度作用。射频振荡器的线圈在样）旋转，使样品受到均匀的磁场强度作用。射频振荡器的线圈在样品管外，向样品发射固定频率（如 品管外，向样品发射固定频率（如100MHz 100MHz、200MHz 200MHz）的电磁波。安装在探头中的射频接收）的电磁波。安装在探头中的射频接收线圈探测核磁共振时的吸收信号。由扫描发生器线圈连续改变磁场强度，由低场至高场扫描，线圈探测核磁共振时的吸收信号。由扫描发生器线圈连续改变磁场强度，由低场至高场扫描，在扫描过程中，样品中不同化学环境的同类磁核，相继满足共振条件，产生共振吸收，接受 在扫描过程中，样品中不同化学环境的同类磁核，相继满足共振条件

40、，产生共振吸收，接受器和记录系统就会把吸收信号经放大并记录成核磁共振图谱。器和记录系统就会把吸收信号经放大并记录成核磁共振图谱。第64页/共162页第六十五页，共163页。66NMR谱仪日常(rchng)维护费用n n 液氦费用 液氦费用:600 600磁体指标是 磁体指标是,间隔 间隔150 150天加一次液氦 天加一次液氦,液氦添 液氦添加量为 加量为58 58升 升,所以每年消耗量为 所以每年消耗量为140 140升 升,如按 如按200 200元 元/每升计 每升计算 算,总费用为 总费用为:RMB 28,000.:RMB 28,000.n n 液氮费用 液氮费用:600 600磁体指

41、标是 磁体指标是,间隔 间隔18 18天加一次液氮 天加一次液氮,液氮添 液氮添加量为 加量为107 107升 升,这样一来每年消耗量为 这样一来每年消耗量为2100 2100升 升,如按 如按6 6元 元/每 每升计算 升计算,总费用为 总费用为:RMB 14,000.(:RMB 14,000.(由于液氮在添加过程中 由于液氮在添加过程中有损耗 有损耗,实际消耗量会 实际消耗量会 略高于理论值 略高于理论值.).)n n 电 电:NMR NMR的电消耗量为 的电消耗量为3KW 3KWn n 氘代试剂 氘代试剂:取决于测试样品的多少及使用的氘代试剂 取决于测试样品的多少及使用的氘代试剂.如使

42、如使用常用 用常用(chn yn)(chn yn)的氘代氯仿 的氘代氯仿,重水 重水,一盒 一盒10 x0.5ml 10 x0.5ml的要 的要30 30元 元,相当于每做一个样品要 相当于每做一个样品要3 3元 元.n n 打印纸 打印纸:取决于打印数量 取决于打印数量.n n 技术交流 技术交流:建议用户每年参加我公司组织的用户会或各种操 建议用户每年参加我公司组织的用户会或各种操作培训班 作培训班,RMB 3000/,RMB 3000/每人每年 每人每年第65页/共162页第六十六页，共163页。三 样品(yngpn)的制备试样浓度:5-10%内标浓度(四甲基硅烷 TMS):1%溶剂(r

43、ngj):1H谱 四氯化碳，二硫化碳等氘代溶剂(rngj):D2O,CDCl3等第66页/共162页第六十七页，共163页。Good and bad NMR Spectra are the result of:nHomogeneity of magnetic fieldnSample preparationnChoice of solventnData acquisition parametersnProcessing procedures第67页/共162页第六十八页，共163页。Good spectrum Good spectrum IntegralsPeak pickingppm sca

44、leppmppm第68页/共162页第六十九页，共163页。Bad spectrum!Bad spectrum!Broad signalsPossible reasons:poor shimmingviscous samplesample too concentratedsuspended particles in sampleexcessive line broadening may have been used during processing第69页/共162页第七十页，共163页。化学位移(wiy)、自旋偶合及自旋裂分由于核外电子云的屏蔽作用，氢核产生共振需要更大的外磁场 由于核外电

45、子云的屏蔽作用，氢核产生共振需要更大的外磁场强度 强度(相对 相对(xingdu)(xingdu)于裸露的氢核 于裸露的氢核)来抵消屏蔽用作用的影响。来抵消屏蔽用作用的影响。固定 固定(gdng)H0(gdng)H0：大，大，v v 小 小固定 固定v v：大，大，H H0 0大 大1、化学位移在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同 在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同(结构中不同 结构中不同位置 位置)共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象这种现象称为化学位移称为化学位移。第70页/共162页第七十一页，共163页。研究最早、最

46、多、应用最广泛 研究最早、最多、应用最广泛(gu(gu ngfn)ngfn)的原因：的原因：质子的磁旋比较大，天然丰度接近 质子的磁旋比较大，天然丰度接近100%100%，绝对灵敏度是所有磁核中最大的；，绝对灵敏度是所有磁核中最大的；1H 1H是有机化合物中最常见的同位素。是有机化合物中最常见的同位素。1H 1H谱图提供的信息如下：谱图提供的信息如下：横坐标为化学位移，代表了谱峰的位置，即质子的化学环境。横坐标自左至右代 横坐标为化学位移，代表了谱峰的位置，即质子的化学环境。横坐标自左至右代表了磁场强度增强的方向，表了磁场强度增强的方向，减小的方向，频率减小的方向。减小的方向，频率减小的方向。

47、纵坐标代表谱峰的强度。谱峰强度的测量是依据台阶状的积分曲线。每一个台阶 纵坐标代表谱峰的强度。谱峰强度的测量是依据台阶状的积分曲线。每一个台阶的高度代表其下方的峰面积，峰面积与质子数目成正比。的高度代表其下方的峰面积，峰面积与质子数目成正比。多重峰形。自旋 多重峰形。自旋-自旋耦合引起的谱峰裂分。自旋耦合引起的谱峰裂分。核磁共振(h c n zhn)氢谱（1H NMR）第71页/共162页第七十二页，共163页。H=（1-）H0：屏蔽常数(chngsh)屏蔽效应越大,越大。化学(huxu)位移:由屏蔽作用引起的核磁共振吸收位置(磁场强度或共振频率)的移动。第72页/共162页第七十三页，共16

48、3页。2 化学(huxu)位移的表示方法第73页/共162页第七十四页，共163页。二、化学位移的表示 二、化学位移的表示(biosh)(biosh)方法 方法 1 1化学位移的标准 化学位移的标准(biozhn)(biozhn)物 物质 质 v v 没有 没有(mi yu)(mi yu)完全裸露的氢核，也没有 完全裸露的氢核，也没有(mi yu)(mi yu)绝对的标准。绝对的标准。v v 相对标准：四甲基硅烷 相对标准：四甲基硅烷Si(CH3)4(TMS)-Si(CH3)4(TMS)-内标物 内标物v v 规定其位移常数 规定其位移常数 TMS=0 TMS=02 2为什么用 为什么用TMS

49、 TMS作为基准 作为基准?(1)12(1)12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；(2)(2)屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭；屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭；(3)(3)化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。第74页/共162页第七十五页，共163页。氢谱的标准(biozhn)物质四甲基硅烷(TMS)第75页/共162页第七十六页，共163页。Chemical Shift-1H-NMRn n Average values of chemical shifts

50、of representative types of hydrogens.第76页/共162页第七十七页，共163页。Chemical Shifts Chemical Shifts 1 1H-NMRH-NMR第77页/共162页第七十八页，共163页。Common 13C NMR Chemical Shifts第78页/共162页第七十九页，共163页。C-13 chemical shifts第79页/共162页第八十页，共163页。第80页/共162页第八十一页，共163页。第81页/共162页第八十二页，共163页。DEPT 13C NMR Spectra第82页/共162页第八十三页，共