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原理:在强磁场中,某些元素的原子核和电子能量本身所具有的磁性,被分裂成两个或两个以上量子化的能级。吸收适当频率的电磁辐射,可在所产生的磁诱导能级之间发生跃迁。在磁场中,这种带核磁性的分子或原子核吸收从低能态向高能态跃迁的两个能级差的能量,会产生共振谱,可用于测定分子中某些原子的数目、类型和相对位置。从核磁共振波谱上获取很多信息,正如同红外光谱一样,核磁共振波谱也可以提供分子中化学官能团的数目和种类,但除此之外,它还可以提供许多红外光谱无法提供的信息。不仅可以借助它来研究反应机理,还可以用来研究蛋白质和核酸的结构与功能。供研究的核磁样品可为液体或固体。
NMR是研究原子核对射频辐射的吸收,它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,有时还可以进行定量分析。应用于测定分子结构的一种谱学技术。核磁共振波谱的研究主要集中在氢谱和碳谱两类原子核的波谱。是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,亦可进行定量分析。适于化学、生物、石油化工、天然产物等方面的分子结构分析、含量测定及反应机理研究等,在医学成像检查方面,在分析化学和有机分子的结构研究及材料表征中运用最多。可以测试液体样品和能溶于氘代试剂的固体样品。多用于化合物的定性分析、有机化合物结构鉴定、高分子材料的NMR成像技术、多组分材料分析。NMR波谱按照测定对象分类可分为:1H-NMR谱(测定对象为氢原子核)、13C-NMR谱及氟谱、磷谱、氮谱等。有机化合物、高分子材料都主要由碳氢组成,所以在材料结构与性能研究中,以1H谱和13C谱应用最为广泛。
液体核磁 (科研测试站)
1.H谱样品至少5mg,C谱及其它杂原子谱样品至少25mg,分子量较大的样品请适当增加样品量;
2.样品不能含有磁性物质否则会扭曲磁场,而降低分辨率。导电性强的样品请特别注明;
3.如样品为液体,请备注是纯样还是溶液并附带溶剂;
4.样品溶解性和测试要求:样品是否可以很好的溶解是测试的关键。一般小分子样品(分子量小于600)如果测试碳谱需要达到40mg/ml以上的这个溶解量,测试时提供的样品量大于25mg;大分子样品如果测试碳谱需要达到80mg/ml以上的溶解量,测试时提供大于50mg的样品。如果样品量太少,需要提前告知。
4.如氘代试剂为氘代氯仿,请勿自行溶解送样;含无机盐的样品不可测试;
6.请选择1.5mL离心管装样品,不要用自封袋,样品损耗量太大会导致无法测试;
7.数据如有疑问,请一定在7日内反馈,超过7天样品会被处理!
8.氘代试剂的选择:因为测试时溶剂中的氢也会出峰,溶剂的量远远大于样品的量,溶剂峰会掩盖样品峰,所以用氘取代溶剂中的氢,氘的共振峰频率和氢差别很大,氢谱中不会出现氘的峰,减少了溶剂的干扰。在谱图中出现的溶剂峰是氘的取代不完全的残留氢的峰。另外,在测试时需要用氘峰进行锁场。由于氘代溶剂的品种不是很多,要根据样品的极性选择极性相似的溶剂,氘代溶剂的极性从小到大是这样排列的:苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亚砜、吡啶、甲醇、水。还要注意溶剂峰的化学位移,最好不要遮挡样品峰。
9.是否必须加TMS:测试样品加TMS(四甲基硅烷)是作为定化学位移的标尺,也可以不加TMS而用溶剂峰作标尺。
1. 为什么要求核磁碳谱测试粉末样品要20mg以上?
因为碳的天然丰度低,只有1.11%,测试需要较长的时间,尽可能多的样品量和好的溶解度是保证碳谱质量的关键。
2. 为什么谱图裂分不是很明显,有时候甚至是几个大包?
可能的原因有几个,一是样品的溶解度不好,二是样品浓度太大,还有可能是样品本身的缘故。
3. 为什么谱图是斜的,峰位也不对称?
这是因为我们用mestrenova软件打开的是原始数据,需要进行相位和基线的调节。
4. 对于挥发性强和流动性的氘代试剂,建议不要自己制样?
样品在运输途中易挥发或者泄漏,造成样品损失。
5. 如何根据样品选择磁场高低?
一般蛋白类样品和含量低的其他样品可选择 600M核磁,效果更佳;其他类型样品磁场影响不大
6. 如何选择压水峰H谱测试?
①对样品性质不确定,保险起见,所有样品选择H+压水峰H谱;
②同一批样品样品成分变化不大的,可以选择第一个样品测H+压水峰H谱,其他样品分组预约,只测压水峰H谱;
③对样品很了解,知晓按照标准参数4.7000可行,那所有样品就可以下单只测压水峰H谱。
7.氘代试剂如何选择?
答:按溶解度大小选择,尽可能地溶解样品,如不清楚溶解度大小,可先用非氘代试剂尝试。
8.延时谱怎么确定时间?
答:测试时间只能根据实际测试结果调整,中途不能停下,一般文献中会有参考,否则只能根据经验选择。
9.为什么要求核磁碳谱测试粉末样品要20mg以上?
因为碳的天然丰度低,只有1.11%,测试需要较长的时间,尽可能多的样品量和好的溶解度是保证碳谱质量的关键。
10.为什么谱图裂分不是很明显,有时候甚至是几个大包?
可能的原因有几个,一是样品的溶解度不好,二是样品浓度太大,还有可能是样品本身的缘故。
11.为什么谱图是斜的,峰位也不对称?
这是因为我们用mestrenova软件打开的是原始数据,需要进行相位和基线的调节。
12.元素周期表中所有元素都可以测出核磁共振谱吗?
不是。首先,被测的原子核的自旋量子数要不为零;其次,自旋量子数最好为1/2(自旋量子数大于1的原子核有电四极矩,峰很复杂);第三,被测的元素(或其同位素)的自然丰度比较高(自然丰度低,灵敏度太低,测不出信号)。
13. 怎么在H谱中更好的显示活泼氢?
与O、S、N相连的氢是活泼氢,想要看到活泼氢一定选择氘代氯仿或DMSO做溶剂。在DMSO中活泼氢的出峰位置要比CDCl3中偏低场些。活泼氢由于受氢键、浓度、温度等因素的影响,化学位移值会在一定范围内变化,有时分子内的氢键的作用会使峰型变得尖锐。
14. 怎么做重水交换?
为了确定活泼氢,要做重水交换。方法是:测完样品的氢谱后,向样品管中滴几滴重水(不宜加入过多,一般1-2滴即可),振摇一下,再测氢谱,谱中的活泼氢就消失了。醛氢和酰胺类的氨基氢交换得很慢,需要长时间放置再测谱或者用电吹风加热一下,放置一会再进行检测。此时会发现谱图中水峰信号增强,在CDCl3中此时的HDO峰会在4.8ppm的位置。此外,甲醇和三氟醋酸都有重水交换作用,看不到活泼氢的峰。
15. 解析合成化合物的谱、植物中提取化合物的谱和未知化合物的谱,思路有什么不同?
合成化合物的结果是已知的,只要用谱和结构对照就可以知道化合物和预定的结构是否一致。对于植物中提取化合物的谱,首先应看是哪一类化合物,然后用已知的文献数据对照,看是否为已知物,如果文献中没有这个数据则继续测DEPT谱和二维谱,推出结构。对于一个全未知的化合物,除测核磁共振外,还要结合质谱、红外、紫外和元素分析,一步步推测结构。
16.如何判断原子核是否有核磁信号?
自旋量子数I≠0的核都有磁性,其中自旋量子数为半整数(I=1/2)时,电子云密度均匀,适合用于核磁检测。
17.液体核磁制样最佳溶解状态?
不能出现悬浮、沉淀、浓度梯度、两相或多相分层以及溶剂过多或过少等,常规溶液量在0.6ml左右最佳;
18.液体核磁出峰不明显是什么原因呢?
核磁峰不明显有可能是元素含量太低导致,特别是杂核元素,建议多准备一些样品,或者延长测试扫谱时间。
19.核磁测试的标准物质是什么?内标和外标有什么区别?
液体核磁内标一般为TMS(二甲基硅烷),内标是直接加入样品溶液中,外标则是不混入样品溶液,例如检测杂核时,另外置于一核磁管,分别检测,标定化学位移,此法的前提是检测期间磁场没有明显漂移。
20.验证已知化合物、解析未知化合物的谱图,思路有什么不同?
对于结构已知的化合物,只要用谱和结构对照就可以知道化合物和预定的结构是否一致。而对于未知化合物的谱,首先应看是哪一类化合物,然后用已知的文献数据对照,看是否为已知物,如果文献中没有这个数据则继续测DEPT谱和二维谱,推出结构。对于一个全未知的化合物,除测核磁共振外,还要结合质谱、红外、紫外和元素分析,一步步推测结构。