当前位置:文档之家› 核磁共振波谱在木材改性中的应用

核磁共振波谱在木材改性中的应用

核磁共振波谱在木材改性中的应用
核磁共振波谱在木材改性中的应用

得分:_______南京林业大学研究生

课程论文

2012 ~2013 学年第二学期

题目:核磁共振波谱在木材改性中的应用

学院:木材工业学院

专业:木材科学与技术

学号: 3120293

学生姓名:朱莉娜

任课教师:张彩华

二O一三年六月

核磁共振波谱在木材改性中的应用

朱莉娜

(南京林业大学木材工业学院,江苏南京 210037)

摘要:对于竹木材我们要对其进行改性提高质量以及使用范围。在实验过程中,使用各种仪器分析改性结果。本文主要介绍核磁共振波谱法的原理,实验方法以及其在木材工业中的应用。

关键词:核磁共振波谱法;基本原理;应用

Application of NMR in wood modification Abstract:For bamboo timber we want to be modified to improve the quality and scope of use. During the experiment, using a variety of instrumental analysis modified the results. This paper describes the principles of nuclear magnetic resonance spectroscopy, experimental methods and their application in the wood

industry.

Key words:Nuclear magnetic resonance spectroscopy; basic principles; Application

我国人工林发展迅速,蓄积量位居世界第一,但由于人工林树木存在密度低、尺寸稳定性和耐久性差等天然缺陷,其使用范围和附加值受到了严重影响。对人工林木材进行浸渍、乙酰化、高温热处理、压缩弯曲、漂白、染色、微波或者液化等物理化学改性处理,不但可以克服其天然缺陷,还可以提高其使用范围和附加值。判断木材改性效果需要借助一定的分析方法。可以通过光学分析法,如原子吸收光谱法,红外光谱分析以及紫外等分析方法,以及色谱分析,电化学分析,热分析等[1]。本文主要介绍核磁共振波谱法(NMR)在木材中的应用。核磁共振波谱与质谱、色谱等相比有许多优点:既能够直观地反应分子结构,又能使样品不受损伤,并且不受样品极性和挥发性的影响。

1 核磁共振的基本原理以及应用

1.1核磁共振的基本原理

原子核磁性的大小一般用磁矩μ表示,μ具有方向性,μ=νhI,h是普朗克常数,I为自旋量子数,简称自旋。旋磁比ν实际上是原子核磁性大小的度量,ν值大表示原子核的磁性强,反之亦然。在天然同位素中,以氢原子核(质子)的ν值最大(42.6 MHz/T),因此检测灵敏度最高,这也是质子首先被选择为NMR研究对象的重要原因之一。

当把有磁矩的核(I≠0)置于某磁场中,该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动——拉莫尔进动,其频率由下式决定:ω=2πν,式中ω为角频率,ν为拉莫尔进动频率。当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时,处于低能态的核便吸收射频能,从低能态跃迁到高能态——即发生核磁共振现象。没有自旋的原子核(I=0)没有磁矩,这类核观察不到

NMR信号,如12C,16O,32S等,I=12的原子核是NMR中研究得最多的核,如:1H,13C,19F,15N,29Si,31P等[2]。

1.2核磁共振的应用

1.2.1在分子结构的测定中的应用

核磁共振技术是测定分子结构的有效工具,现在已经测定了万余种有机化合物的核磁共振图。对分子结构的测定, 包括对有机化合物绝对构型的测定和对复杂化合物结构的解析。应用核磁共振技术测定有机化合物的绝对构型, 主要是测定R和 (或) S手性试剂与底物反应的产物的1H 或13C NMR 化学位移数据,得到△值与模型比较来推断底物手性中心的绝对构型。有的情况下,我们要做更多的谱才能确定一个分子的结构,包括:有氢谱、碳谱、极化转移谱;氢 - 氢化学位移相关谱、碳 - 氢化学转移相关谱、远程化学位移相关谱以及 J- 分解谱等。对复杂化合物结构解析是核磁共振技术最为主要的应用。

1.2.2在定量分析和分子量测定中的应用

核磁共振谱峰的面积(积分高度)正比于相应质子数,这不仅用于结构的分析中,同样可用于定量分析。用NMR定量分析的最大优点就是不需要引进任何校正因子或绘制工作,NMR 可以用于多组分混合物分析、元素的分析、有机物中活泼氢及重氢试剂的分析等。1.2.3在高分子化学中的应用

聚合物固体宽谱线 NMR 可以提供有关结晶度、聚合物取向、玻璃化温度(T)等有关信息。还可以通过研究聚合反应过程NMR 谱线宽度的变化,了解反应过程中正在生长聚合物链的活动度变化,从而获得有关聚合反应动力学方面的信息。聚合物液体高分辨NMR 可以提供聚合物的信息有: ①聚合物类型的鉴定;②有关聚合物链的异构化信息;③通过13C- NMR谱可以分别研究其不同单元组的序列分布、交替度和不同反应条件下聚合过程链活动度变化等聚合物微观结构信息[3]。

2 核磁共振实验方法

2.1核磁共振氢谱

1H NMR是目前研究最充分的核磁共振波谱,测定对象是含H的化合物,因此木材中各组分都可进行1H NMR分析。质子的化学位移δ和偶合常数J反映了质子所处的化学环境,即分子的部分结构及其邻近原子团的性质,从1H NMR谱中可以得到如下结构信息:①从化学位移判断分子中存在基团的类型;②从积分曲线计算每种基团中氢的相对数目;

③从偶合裂分关系判断各基团是如何联系起来的[4]。

2.2核磁共振碳谱

核磁共振碳谱具有很多优点:碳原子构成有机化合物的骨架,掌握有关碳原子的信息在有机化合物结构鉴定中具有重要意义;碳谱的变化范围可超过200 ppm,化合物结构上的细微变化在碳谱上可以得到反映;碳谱有多种多重共振方法,后来又发展了区别碳原子级数的方法,较之于氢谱信息丰富、结论清楚;碳原子驰豫时间较长,能被准确测定,由

此可帮助对碳原子进行指认,从而有助于推断结构。碳谱的测定也存在一定的困难,碳的旋磁比和天然丰度都很低,因而灵敏度低,所以碳谱需要的样品较氢谱多很多,采集碳谱数据的时间较氢谱长很多。

2.3 29SiNMR测定

29Si的自旋量子数为I=1/2,其自然丰度只有4. 7%,因此,29SiNMR的测定灵敏度很低,但可以使用常规INEPT技术使化合物中29Si的信号放大。29SiNMR主要用于研究能引进Si原子的─OH,─COOH基团及可烯醇化的羰基。

2.4 31P NMR测定

31P是一种核自旋量子数为I=1/2的原子核,其自然丰度为100%,测定的灵敏度高,

因此,它是一种可用核磁共振技术分析含磷化合物结构的理想的原子核,在木材改性中,它主要用来测定木材中各组分的─O,─COOH,C O基,醌基等能转变为含磷的衍生物的功能基[5]。

2.5 19F NMR测定

19F是一种核自旋量子数为I=1/2的原子核,与31P一样,自然丰度为100%。19F NMR 谱的化学位移范围宽。木素氟衍生物的稳定性好,同时氟原子在芳环上的位置对化学位移非常灵敏,容易得到各种羟基的信号,特别是可以测定羰基的含量,这些都是19F NMR的优点[6]。

3. 核磁共振波谱在研究木材改性中的应用

3.1在木材热处理中的应用

Francis Mburu 等用 CP/MAS13CNMR研究了热处理过程中银桦木材成分的变化,表明热处理后其半纤维素发生了大量的降解。Mohammed Hakkou等[7]用惰性气体对山毛榉进行热处理后,用CP/MAS13CNMR对山毛榉进行分析,表明其亲水性大幅降低,主要是残余水分的丢失或者是木材高分子聚合物构象改变的原因。

3.2在木材乙酰化、酯化中的应用

Mo-hamed Jebrane等[8]用 CP/MAS13C NMR 研究了海岸松边材与不同浓度的乙烯酯类在碳酸钾作为催化剂条件下进行酯交换反应,其结果表明,乙烯酯类浓度对木材改性程度影响比较大。方桂珍等[9]采用固体核磁共振波谱CP/MAS13C NMR 法测定木材主要组分酯化反应的主要归属谱线; 并且分析了交联反应中羧基碳、芳香族碳、羟基碳、烷基碳的变化情况。Gowdra K.Prakash 等用CP/MAS13C NMR 研究发现橡胶原木与棕榈酰氯进行酯化反应后,其尺寸稳定性和耐光性提高。

3.3在木材醚化液化中的应用

Chang Hui -ting 等用CP /MAS13C NMR研究表明,杉木和枫木用异丙基缩水甘油醚处理后形成了新的醚键和异丙基基团。张求慧等[10]利用核磁共振光谱(1HNMR,13CNMR

和31PNMR) 分析了3 倍体毛白杨和杉木苯酚液化物的结构,表明液化后其结构都发生了明显的变化,出现纤维素和木素的基本活性结构单元。

3.4在木材纤维素、半纤维素和木素中的应用

3.4.1在木材纤维素中的应用。

王东山[11]用1H NMR和13C NMR核磁共振技术研究了二醋酸纤维素和聚乙二醇的接枝反应各谱峰的归属,为其接枝应提供了依据。刘贵生[12]用固体CP/MAS 13CNMR研究了槐木光谱图,表明纤维素和半纤维素信号区间为65 ×10-6~110 ×10-6,半纤维素乙酰基峰位于 26 ×10-6处;羰基峰、甲氧基(-OCH3)峰、苯环峰分别位于175 ×10-6~ 180 × 10-6、60 ×10-6、115 ×10-6~163 ×10-6处。核磁共振波谱能够测量木材或木浆中木素含量,并比化学方法快及准,同时木材中愈创木基和紫丁香基的木素含量也能被直接测量。王彩旗等[13]用1HNMR 测定了三甲基硅甲基纤维素的取代度。何建新等[14]用CP/MAS13C NMR 对亚麻、苎麻、棉纤维等几种常见的天然纤维以及竹浆和硬木浆的结晶结构进行了研究。

3.4.2在木材半纤维素中的应用

任俊莉等[15]用13C NMR表征了以3-氯-2 羟丙基三甲基氯化铵为阳离子试剂、乙醇或水为反应介质,通过季铵化反应改性蔗渣半纤维素的结构。

3.4.3在木素中的应用

秦特夫[16]用1H NMR、13C NMR对衍生化后的杉木、杨树的边材、心材的木质素进行研究,揭示了木质素在不同生长时期的化学官能团和化学键特征。顾瑞军等用高分辨率固体13 C NMR 和红外光谱揭示了人工合成脱氢聚合物(DHP)与天然银杏木材的磨木木质素(MWL) 在组成和结构上有较好的相似性,并证明了其主要结构是β -O -4、β -β、β -5 和松柏醇结构,另有少量香兰素结构和 C 位亚甲基结构。付时雨等用31P NMR 光谱对木素中的酚羟基、醇羟基、羧基和醛基结构进行了分析,结果表明木素中各酚羟基、醇羟基、羧基和醛的磷衍生物的31P NMR 光谱的化学位移分别在127、127.7 ~131.5、131.5 ~136.2 和 130 ~137范围内。

3.5研究胶粘剂与涂料的化学结构

胶合是整个人造板生产的关键和核心。快速发展的人造板工业对粘合剂的性能要求越来越高。胶粘剂的改性需要对其结构进行研究,核磁共振是研究胶粘剂结构一个有力的手段。目前文献报道较多的是用NMR研究脲醛树脂。脲醛树脂是当前应用最广泛的木材胶粘剂,用13C NMR技术分析脲醛树脂结构特征的方法已为研究者普遍接受,被认为是目前在分子水平描述脲醛树脂结构的最好方法。运用CP/MAS技术的固体13C NMR功能更强大,尤其体现在分析固体脲醛树脂结构方面。目前,脲醛树脂结构研究以合成工艺与结构、结构与性能以及结构形成与衍变的系统研究为主[17]。

4 总结

综上所述,NMR在人工林木材改性中应用时,首先应结合具体的要求选择不同的 NMR 分析方法,如1、在研究木材木素的结构及其改性后的结构时使用31P NMR 分析法;;2、

在研究人工林木材热处理后其结构变化时,可以使用固体NMR 分析法; 3、在研究人工林木材液化其木材液化物的化学结构时应用液体核磁共振方法;4、应用固体核磁共振可以研究木材塑合、酯化、乙酰化等木材改性过程中化学结构的变化。其次,在进行人工林木材改中,分析各成分结构变化时,核磁共振波谱可以作为红外光谱、色谱及其他分析方法的补充,能够快速、准确地得出分析结果[18]。

参考文献

[1] 李赞忠, 乔子荣. 现代仪器分析及其发展趋势 [J]. 内蒙古石油化工, 2011,

21(002.

[2] 张丽君. 核磁共振技术的进展 6 2 [J]. 河北师范大学学报 (自然科学版, 2000, 24(2):

[3] 王东云. 核磁共振技术及应用研究进展 [J]. 科技信息 (学术研究), 2008,

[4] 梅超群, 樊永明, 江进学, et al. 核磁共振波谱在木材改性中的应用 [J]. 应用化工, 2009, 38(6): 880-3.

[5] 付时雨, 詹怀宇, 余惠生. 31P-核磁共振光谱在木素结构分析中的应用 [J]. 中国造纸学报, 1999, 14(B10): 121-5.

[6] 吴香波, 谢益民. 核磁共振波谱在木素结构分析中的应用研究进展 [J]. 上海造纸, 2008, 39(003): 34-8.

[7] HAKKOU M, P TRISSANS M, ZOULALIAN A, et al. Investigation of wood wettability changes during heat treatment on the basis of chemical analysis [J]. Polymer Degradation and Stability, 2005, 89(1): 1-5.

[8] JEBRANE M, S BE G. A new process for the esterification of wood by reaction with vinyl esters [J]. Carbohydrate Polymers, 2008, 72(4): 657-63.

[9] 方桂珍, 孔漫. 多元羧酸与木材酯化反应的固体核磁共振谱 CP/MAS^ CNMR 的表征 [J]. 林业科学, 2001, 37(002): 108-11.

[10] 张求慧, 赵广杰, 何静. 三倍体毛白杨及杉木苯酚液化物的结构分析 [J] [J]. 北京林业大学学报, 2006, 28(3): 139-44.

[11] 王东山, 黄勇, 沈家瑞. 二醋酸纤维素与聚乙二醇单甲醚接枝共聚物的合成与表征 [J] [J]. 纤维素科学与技术, 2001, 9(3): 19-26.

[12] 吉林, 林学. 固体核磁共振谱在木材科学中应用简报 [J]. 1998,

[13] 王彩旗, 董宇平, 吴彤, et al. 甲基纤维素三甲基硅醚的合成, 表征及性能研究[J]. 纤维素科学与技术, 2002, 10(4): 1-5.

[14] 何建新, 王善元. 天然纤维素的核磁共振碳谱表征 [J]. 纺织学报, 2008, 29(5): 1-5.

[15] 任俊莉, 孙润仓, 刘传富, et al. 阳离子蔗渣半纤维素的合成及表征 [J] [J]. 华南理工大学学报: 自然科学版, 2007, 35(4): 86-90.

[16] 秦特夫. “I-214 杨” 心材, 边材木质素的红外光谱, 质子和碳-13 核磁共振波谱特征研究 [J] [J]. 林业科学研究, 2001, 14(4): 375-82.

[17] 杜官本, 华毓坤. 脲醛树脂结构研究进展 [J]. 林业科学, 1999, 4(

[18] 巫国富. 人工林木材改性中核磁共振波谱的应用进展 [J]. 安徽农业科学, 2012, 40(14): 8173-4.

第三章_核磁共振波谱法习题集及答案

第三章、核磁共振波谱法 一、选择题 ( 共80题 ) 1. 2 分 萘不完全氢化时,混合产物中有萘、四氢化萘、十氢化萘。附图是混合产物的核磁共振谱图,A、B、C、D 四组峰面积分别为 46、70、35、168。则混合产物中,萘、四氢化萘,十氢化萘的质量分数分别如下: ( ) (1) %,%,% (2) %,%,% (3) %,%,% (4) %,%,% 2. 2 分 下图是某化合物的部分核磁共振谱。下列基团中,哪一个与该图相符( ) (1)CH3C CH2 O CH CH O CH 3 (2)CH (3)CH3CH 2 O (4)C H3O CH O CH H X:H M:H A=1:2:3

在下面四个结构式中 (1) C CH 3 H R H (2)H C CH 3H CH 3 (3)H C CH 3CH 3 CH 3 (4) H C H H H 哪个画有圈的质子有最大的屏蔽常数 ( ) 4. 1 分 一个化合物经元素分析,含碳 %,含氢 %,其氢谱只有一个单峰。它是 下列可能结构中的哪一个 ( ) 5. 1 分 下述原子核中,自旋量子数不为零的是 ( ) (1) F (2) C (3) O (4) He 6. 2 分 在 CH 3- CH 2- CH 3分子中,其亚甲基质子峰精细结构的强度比为哪一组数据 ( ) (1) 1 : 3 : 3 : 1 (2) 1 : 4 : 6 : 6 : 4 : 1 (3) 1 : 5 : 10 : 10 : 5 : 1 (4) 1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1 7. 2 分 ClCH 2- CH 2Cl 分子的核磁共振图在自旋-自旋分裂后,预计 ( ) (1) 质子有 6 个精细结构 (2) 有 2 个质子吸收峰 (3) 不存在裂分 (4) 有 5 个质子吸收峰 8. 2 分 在 O - H 体系中,质子受氧核自旋-自旋偶合产生多少个峰 ( ) (1) 2 (2) 1 (3) 4 (4) 3

(完整版)核磁共振氢谱练习题

核磁共振氢谱练习题 1.分子式为C2H6O的两种有机化合物的1H核磁共振谱,你能分辨出哪一幅是乙醇的核磁共振氢谱图吗? 2. 下图是某有机物的核磁共振谱图,则该有机物可能是( ) A. CH3CH2OH B. CH3CH2CH2OH C. CH3—O—CH3 D. CH3CHO 3.下列有机物在核磁共振谱图上只给出一组峰的是( ) A、HCHO B、CH3OH C、HCOOH D、CH3COOCH3 4.下列有机物中有几种H原子以及个数之比? CH3-CH-CH3 CH3 CH3 CH3-C-CH3 CH3 CH3-CH2-OH CH3-CH2-CH-CH3 3 5.下列各物质中各有几种不同环境的氢()

6.分子式为C3H6O2的二元混合物,分离后,在核磁共振氢谱上观察到氢原子给出的峰有两种情况。第一种情况峰给出的强度为1︰1;第二种情况峰给出的强度为3︰2︰1。由此推断混合物的组成可能是(写结构简式)。 3∶3 _____________ 3∶2∶1 _______________ ________________ __________________ 1:2:2:1 _________________ 7.某仅碳、氢、氧三种元素组成的有机化合物,经测定其相对分子质量为46。取该有机化合物样品 4.6g ,在纯氧中完全燃烧,将产物先后通过浓硫酸和碱石灰,两者分别增重8.8g和 5.4g。 (1)试求该有机化合物的分子式。 (2)若该有机化合物的核磁共振谱图只有一种峰,请写出该有机化合物的结构简式。 8.一个有机物的分子量为70,红外光谱表征到碳碳双键和C=O的存在,核磁共振氢谱列如下图: ①写出该有机物的分子式 ②写出该有机物的可能的结构简式: 9.下列化合物中,核磁共振氢谱只出现两组峰且峰面积之比为3∶2的是(双选)()

磁共振波谱分析MRS

磁共振波谱分析MRS MRS 为目前唯一能无创性观察活体组织代谢及生化变化的技术。在相同的磁场环境下,处于不同化学环境中的同一种原子核,由于受到原子核周围不同电子云的磁屏蔽作用,而具有不同的共振频率。波谱分析就是利用化学位移研究分子结构,化学位移的程度具有磁场依赖性、环境依赖性。NAA:N-乙酰天门冬氨酸,神经元活动的标志位于: 2.02ppmCreatine:Cr肌酸,脑组织能量代谢的提示物,峰度相对稳定,常作为波谱分析时的参照物,位于: 3.05ppm Choline:Cho胆碱,细胞膜合成的标志位于:3.20ppm Lipid:脂质,细胞坏死提示物位于:0.9-1.3ppm Lactate:乳酸,无氧代谢的标志位于:1.33-1.35ppm Glutamate:Glx谷氨酰氨,脑组织缺血缺氧及肝性脑病时增加位于:2.1-2.4ppmmI:肌醇代表细胞膜稳定性,判断肿瘤级别位于:3.8ppmN-乙酰基天门冬氨酸(NAA) ·正常脑组织1H MRS中的第一大峰,位于 2.02-2.05ppm ·与蛋白质和脂肪合成,维持细胞内阳离子浓度以及钾、钠、钙等阳离子通过细胞和维持神经膜的兴奋性有关·仅存在于神经元内,而不会出现于胶质细胞,是神经元密度和生存的标志·含量多少反映神经元的功能状况,降低的程度反映了其受损的大小

肌酸(Creatine) ·正常脑组织1H MRS中的第二大峰,位于3.03ppm附近,有时在3.94ppm 处可见其附加峰(PCr)·此代谢物是脑细胞能量依赖系统的标志·能量代谢的提示物,在低代谢状态下增加,在高代谢状态下减低·峰值一般较稳定,常作为其它代谢物信号强度的参照物。 胆碱(Choline)·位于3.2 ppm附近,包括磷酸胆碱、磷酯酰胆碱和磷酸甘油胆碱·细胞膜磷脂代谢的成分之一,参与细胞膜的合成和蜕变,从而反映细胞膜的更新·Choline 峰是评价脑肿瘤的重要共振峰之一,快速的细胞分裂导致细胞膜转换和细胞增殖加快,使Cho峰增高·Cho峰在几乎所有的原发和继发性脑肿瘤中都升高·恶性程度高的肿瘤中,Cho/Cr比值显示增高· 同时Cho是髓鞘磷脂崩溃的标志,在急性脱髓鞘疾病,Cho水平显著升 乳酸(Lac)·位于1.32ppm,由两个共振峰组成·TE=144,乳酸双峰向下;TE=288,乳酸双峰向上;·正常情况下,细胞代谢以有氧代谢为主,检测不到Lac峰,或只检测到微量·此峰出现说明细胞内有氧呼吸被抑制,糖酵解过程加强·脑肿瘤中,Lac出现提示恶性程度较高,常见于多形胶质母细胞瘤中·Lac也可以积聚于无代谢的囊肿和坏死区内,脑肿瘤、脓肿及梗塞时会出现乳酸峰。 脂质(Lip)·位于1.3、0.9、1.5和6.0 ppm处,分布代表甲

最新核磁共振作业参考答案

核磁共振波谱作业参考答案 核磁谱图分析有点混乱,请参考谱图分析第8题。 一、判断题 1.核磁共振波谱法与红外吸收光谱法一样,都是基于吸收电磁辐射的分析法。(√) 2.质量数为奇数,荷电荷数为偶数的原子核,其自旋量子数为零。(×) 3.自旋量子数I =2的原子核在静磁场中,相对于外磁场,可能有两种取向。(×) 4.核磁共振波谱仪的磁场越强,其分辨率越高。(√) 5.在核磁共振波谱中,偶合质子的谱线裂分数目取决于邻近氢核的个数。(√) 6.化合物CH 3CH 2OCH(CH 3)2的1H-NMR 中,各质子信号的强度比为9:2:1。(×) 7.核磁共振波谱中出现的多重峰是由于邻近核的核自旋相互作用。(√) 8.苯环和双键氢质子的共振频率出现在低场是由于π电子的磁各向异性效应。(√) 9.碳谱的相对化学位移范围较宽(0~200),所以碳谱的灵敏度高于氢谱。(×) 10.氢键对质子的化学位移影响较大,所以活泼氢的化学位移在一定范围内变化。(√) 二、选择题 1.在N 147、O 168、H 11、C 136原子中没有核磁共振信号的是(B ) A .N 147; B .O 168; C .H 11; D C 136 2.核磁共振的弛豫过程是(D ) A .自旋核加热过程; B .自旋核由低能态向高能态的跃迁过程; C .自旋核由高能态返回低能态,多余能量以电磁辐射形式发射出去; D .高能态自旋核将多余的能量以无辐射途径释放而返回低能态。 3.用频率表示的化学位移值与外加磁场强度的关系是(B ) A .无关; B .成比例; C .不成比例 4.偶合常数2J HH 值,与外加磁场强度的关系是(A ) A .无关; B .成比例; C .不成比例 5.化学全同质子(B ) A .一定属磁全同; B .不一定属磁全同; C .视情况而定 6.磁全同质子(A ) A .一定属化学全同; B .不一定属化学全同; C .视情况而定 7.TMS 的δ=0,从化合物的结构出发,它的正确含义是(B ) A .不产生化学位移; B .化学位移最大; C .化学位移最小 8.在外加磁场中,H 2C=CH 2乙烯分子中四个质子位于(B ) A .屏蔽区; B .去屏蔽区; C .屏蔽区和去屏蔽区 9.在外加磁场中HC=CH 乙炔分子的两个质子位于(A ) A .屏蔽区; B .去屏蔽区; C .屏蔽区和去屏蔽区 10.在外加磁场中醛基质子位于(C ) A .屏蔽区并受氧原子的电负性影响; B .受氧原子的电负性影响; C .去屏蔽区并受氧原子的电负性影响 11.在外加磁场中,苯环上的质子都位于(B ) A .屏蔽区; B .去屏蔽区; C .屏蔽区和去屏蔽区 12.取决于原子核外电子屏蔽效应大小的参数是(A )

磁共振波谱成像的基本原理

磁共振波谱成像的基本原理、序列设计与临床应用 磁共振波谱(MR Spectroscopy, MRS)是医学影像学近年来发展的新的检查手段,作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法,随着MRI、MRS装置不断改进,软件开发及临床研究的不断深入,人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高,为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析,31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。MRS以分子水平了解人体生理上的变化,从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面,做出更明确的结论。本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。 一磁共振波谱的基本原理 在理想均匀的磁场中,同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。事实上,当频率测量精度非常高时会发现,即使同一种核处在相同磁场中,它们的共振频率也不完全相同,而是在一个有限的频率范围内。这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用,它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度,其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示,被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB,与外加磁场方向相反。外加磁场越强sB越大,原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。此外,s还与核的特性和化学环境有关。核的化学环境指核所在的分子结构,同一种核处在不同的分子中,甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中,它周围的电子数和电子的分布将有所不同。因而,受到电子的磁屏蔽作用的程度不同,如图1所示。考虑到电子的磁屏蔽作用,决定共振频率的拉莫方程应表示为:w=gBeff=gB0(1-s) 由上式可知,在相同外加磁场作用下,样品中有不同化学环境的同一种核,由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同,它们将具有不同的共振频率。如在MRS中,水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同,这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。即因质子所处的化学环境不同,也就是核外电子云密度不同和所受屏蔽作用的不同,而引起相同质子在磁共振波谱中吸收信号位置的不同,如图2所示。实际上,研究某种样品物质的磁共振频谱时,常选用一种物质做参考基准,以它的共振频率作为频谱图横坐标的原点。并且,将不同种原子基团中的核的共振频率相对于坐标原点的频率之差作为该基团的化学位移。显然,这种用频率之差表示的化学位移的大小与磁场强度高低有关。在正常组织中,代谢物在物质中以特定的浓度存在,当组织发生病变时,代谢物浓度会发生改变。磁共振成像主要是对水和脂肪中的氢质子共振峰进行测量和脂肪中的氢质子共振峰进行测量,在1.5T场强下水和脂肪共振频率相差220Hz (化学位移),但是在这两个峰之间还有多种浓度较低代谢物所形成的共振峰,如NAA、Cr、Cho等,这些代谢物的浓度与水和脂肪相比非常低。MRS需要通过匀场抑制水和脂肪的共振峰,才能使这些微弱的共振峰群得以显示。 下面是研究MRS谱线时常用到的参数: (1)共振峰的共振频率的中心—峰的位置V: 化学位移决定磁共振波谱中共振峰的位置。 (2)共振峰的分裂。 (3)共振峰下的面积和共振峰的高度: 在磁共振波谱中,吸收峰占有的面积与产生信号的质子数目成正比。在研究波谱时,共振峰下的面积比峰的高度更有价值,因为它不受磁场均匀度的影响,对噪音相对不敏感。 (4)半高宽: 半高宽是指吸收峰高度一半时吸收峰的宽度,它代表了波谱的分辨率。 原子核自旋磁矩之间的相互作用称为自旋自旋耦合。高分辨率磁共振频谱可以观察到自旋自旋耦合引起的共振谱线的裂分,裂分的数目和幅度是相互耦合的核的自旋和核的数目的指征。在一个氢核和一个氢核发生自旋耦合的情况下,由于一个氢核的磁矩有顺磁场和逆磁场两种可能的取向,因此它对受耦合作用的氢核可能产生两个不同的附加磁场的作用,这引起受耦合的氢核的共振由一个单峰分裂为二重峰。如此类推,在两个氢核和一个氢核发生耦合的情况下,共振谱由一个分裂为三个。 磁共振波谱仪不仅可以描绘频谱,还可以描绘频谱的积分曲线,积分曲线对应共振峰的面积。峰

第三章-核磁共振波谱法作业

第三章、核磁共振波谱法 1. 在核磁共振波谱法中,常用 TMS(四甲基硅烷) 作内标来确定化学位移,这样做有什么好处? 2. 某有机化合物相对分子质量为88, 元素分析结果其质量组成为: C: 54.5%; O: 36;H: 9.1% NMR 谱图表明: a 组峰是三重峰, δ≈1.2, 相对面积=3; b 组峰是四重峰, δ≈2.3, 相对面积=2; c 组峰是单重峰, δ≈3.6, 相对面积=3; (1) 试求该化合物各元素组成比 (2) 确定该化合物的最可能结构及说明各组峰所对应基团 3. 当采用90MHz 频率照射时, TMS 和化合物中某质子之间的频率差为430Hz, 这个质子 吸收的化学位移是多少? 4. 在使用200MHz 的NMR 波谱仪中某试样中的质子化学位移值为6.8,试计算在300MHz 的NMR 仪中同一质子产生的信号所在位置为多少Hz ? 5. C 4H 8Br 2 的核磁共振谱峰数如下: δ1 = 1.7 ,双峰 δ2 = 2.3 , 四重峰 δ3 = 3.5 ,三重峰 δ4 = 4.3 ,六重峰 这四种峰的面积比依次为 3 : 2 : 2 : 1 . 试写出该化合物的结构式,并用数字 1、2、3、4 标明相应的碳原子, 并作简明解释。 6. 判断下列化合物的核磁共振谱图(氢谱)。 C CH 2Br 2Br Br CH 3 7. 5 分 化合物C 3H 6O 21H-NMR 谱图如下 (1) 有3种类型质子 (2) a. δ=1.2 三重峰 b. δ=2.4 四重峰 c. δ=10.2 单峰 (3) 峰面积之比 a:b:c =3:2:1 请写出它的结构式, 并解释原因. 8. 分子式为C 5H 11Br 有下列NMR 谱数据 δ 质子数 信号类型 0.80 6 二重峰 1.02 3 二重峰 2.05 1 多重峰 3.53 1 多重峰 该化合物结构是什么? 9. 试推测分子式为C 8H 18O 在NMR 谱中只显示一个尖锐单峰的化合物结构. 10化合物(a), (b), (c)分子式均为C 3H 6Cl 2, 它们的NMR 数据如下, 试推测(a) (b), (c)的结构.

核磁共振波谱法课后习题

核磁共振波谱法 思考题和习题 1.解释下列各词 (1)屏蔽效应和去屏蔽效应 (2)自旋偶合和自旋分裂 (3)化学位移和偶合常数 (4)化学等价核和磁等价核 (1)屏蔽效应:原子核外电子运动在外加磁场B 0作用下产生与外加磁场方向相反的次级磁场,造成核实际受 到的磁场强度减弱。 去屏蔽效应:烯烃、醛、芳环中,π电子在外加磁场作用下产生环流,使氢原子周围产生感应磁场,如果 感应磁场的方向与外加磁场相同,即增加了外加磁场,所以在外加磁场还没有达到Bo 时,就 发生能级的跃迁,称为去屏蔽效应,该区域称为去屏蔽区。 (2)自旋偶合:相邻核自旋产生核磁矩间的相互干扰,相互作用的现象。 自旋裂分:由自旋偶合引起的共振峰分裂现象。 (3)化学位移:在一定的辐射频率下,处于不同化学环境的有机化合物中的自旋核,产生核磁共振的磁场强 度或共振吸收频率不同的现象。 偶合常数:多重峰的峰间距;用来衡量偶合作用的大小。 (4)化学等价核:化学位移完全相同的核。 磁等价核:分子中的一组化学等价核,若它们对组外任何一个核都是以相同的大小偶合,则这一组核为磁 等价核。 2.下列哪一组原子核不产生核磁共振信号,为什么? 2 1H 、14 7N 199F 、126C 126C 、11H 126C 、168O 并不是是所有原子核都能产生核磁共振信号,原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋,其自旋量子数不等于0。质量数和质子数均为偶数的原子核,自旋量子数为0 ,质量数为奇数的原子 核,自旋量子数为半整数,质量数为偶数,质子数为奇数的原子核,自旋量子数为整数。由此,12 6C 、16 8O 这一组原子核都不产生核磁共振信号。 3.为什么强射频波照射样品,会使NMR 信号消失,而UV 与IR 吸收光谱法则不消失? 自旋核在磁场作用下,能级发生分裂,处在低能态核和处于高能态核的分布服从波尔兹曼分布定律,当B 0 = 1.409 T ,温度为300K 时,高能态和低能态的1H 核数之比为处于低能级的核数比高能态核数多十万分之一,而NMR 信号就是靠这极弱过量的低能态核产生的。若以合适的射频照射处于磁场的核,核吸收能量后,由低能态跃迁到高能态,其净效应是吸收,产生共振信号。若用强射频波照射样品,高能态核不能通过有效途径释放能量回到低能态,低能态的核数越来越少,一定时间后高能态和低能态的核数相等,这时不再吸收,核磁共振信号消失。而UV 与IR 吸收光谱法是根据光线被吸收后的减弱程度来判断样品中待测元素的含量的,即使用较强辐射照射,吸收也不会消失。 4.为什么用δ值表示峰位,而不用共振频率的绝对值表示?为什么核的共振频率与仪器的磁场强度有关,而 偶合常数与磁场强度无关? 屏蔽作用产生的共振条件差异很小,共振频率的绝对差值难以精确测定, 例:100 MHz 仪器,1H 因屏蔽作用引起的共振频率差约0-1500Hz ,仅为共振频率的百万分之十几;由于磁场强度不同,导致同种化学环

核磁共振波谱法习题集及答案

第三章、核磁共振波谱法 一、选择题 ( 共79题 ) 1. 2 分 萘不完全氢化时,混合产物中有萘、四氢化萘、十氢化萘。附图是混合产物的核磁共 振谱图,A 、B 、C 、D 四组峰面积分别为 46、70、35、168。则混合产物中,萘、四氢化萘,十氢化萘的质量分数分别如下: ( ) (1) 25.4%,39.4%,35.1% (2) 13.8%,43.3%,43.0% (3) 17.0%,53.3%,30.0% (4) 38.4%,29.1%,32.5% 2. 2 分 下图是某化合物的部分核磁共振谱。下列基团中,哪一个与该图相符?( ) (1)CH 3C CH 2O CH CH O CH 3(2)CH (3)CH 3CH 2O (4)C H 3O CH O CH H X :H M :H A =1:2:3 3. 2 分 在下面四个结构式中 (1) C 3H (2)H C CH 3CH 3(3)H C CH 3CH 33(4) H C H H 哪个画有圈的质子有最大的屏蔽常数 ? ( )

4. 1 分 一个化合物经元素分析,含碳 88.2%,含氢 11.8%,其氢谱只有一个单峰。它是 下列可能结构中的哪一个? ( ) 5. 1 分 下述原子核中,自旋量子数不为零的是 ( ) (1) F (2) C (3) O (4) He 6. 2 分 在 CH 3- CH 2- CH 3分子中,其亚甲基质子峰精细结构的强度比为哪一组数据 ?( ) (1) 1 : 3 : 3 : 1 (2) 1 : 4 : 6 : 6 : 4 : 1 (3) 1 : 5 : 10 : 10 : 5 : 1 (4) 1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1 7. 2 分 ClCH 2- CH 2Cl 分子的核磁共振图在自旋-自旋分裂后,预计 ( ) (1) 质子有 6 个精细结构 (2) 有 2 个质子吸收峰 (3) 不存在裂分 (4) 有 5 个质子吸收峰 8. 2 分 在 O - H 体系中,质子受氧核自旋-自旋偶合产生多少个峰 ? ( ) (1) 2 (2) 1 (3) 4 (4) 3 9. 2 分 在 CH 3CH 2Cl 分子中何种质子 σ 值大 ? ( ) (1) CH 3- 中的 (2) CH 2- 中的 (3) 所有的 (4) 离 Cl 原子最近的 10. 2 分 在 60 MHz 仪器上,TMS 和一物质分子的某质子的吸收频率差为 120Hz ,则该质 子的化学位移为 ( ) (1) 2 (2) 0.5 (3) 2.5 (4) 4 11. 2 分 下图四种分子中,带圈质子受的屏蔽作用最大的是 ( ) C H H H H R C R R H H C R H H R C R H H (b)(c)(d)(a) 12. 2 分 质子的γ(磁旋比)为 2.67×108/(T ?s),在外场强度为 B 0 = 1.4092T时,发生核磁共 振的辐射频率应为 ( ) (1) 100MHz (2) 56.4MHz (3) 60MHz (4) 24.3MHz 13. 2 分 下述原子核没有自旋角动量的是 ( )

核磁共振波谱分析

核磁共振波谱分析 1.基本原理 核磁共振是在电磁波的作用下,原子核在外磁场中的磁能级之间的共振跃迁现象。因此,要产生核磁共振,首先原子核必须具有磁性。自旋量子数I=0的原子核没有磁性,自旋量子数I≠0的原子核具有磁性。 I=1/2:1H,13C,15N,19F,31P,77Se,113Cd,119Sn,195Pt. I=3/2:7Li,9Be,11B,23Na,33S,35Cl,37Cl,39K,63Cu,79Br 此外还有I=5/2,7/2,9/2,1,2,3等。 I=1/2的原子核,电荷均匀分布在原子核表面,核磁共振的谱线窄,最适合核磁共振检测。1H,13C原子核是最为常见,其次是15N,19F,31P核。 除了原子核具有磁性外,要产生核磁共振,还必须外加一静磁场和一交变磁场。在磁场中,通电线圈产生磁距,与外磁场之间的相互作用使线圈受到力矩的作用而发生偏转。同样在磁场中,自旋核的赤道平面也受到力矩作用而发生偏转,其结果是核磁距围绕磁场方向转动,这就是拉莫尔进动。

其进动频率与外加磁场成正比,即:v=(?/2π)*H0。 V—进动频率; H0—外磁场强度; ?—旋磁比。 在相同的外磁场强度作用下,不同的原子核以不同的频率进动。如果在垂直于外磁场方向加一交变磁场H1,其频率v1等于原子核的进动频率v。此时,就产生共振吸收现象。即 使原子核在外磁场中的磁能级之间产生共振跃迁现象,也即核磁共振。 2.核磁共振波普在化学中的应用 2.1 基本原则 从核磁共振波谱得到的信息主要有化学位移、偶合常数、峰面积、弛豫时间等。 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(结构中不同位置)共振频率有差异,即引起共振吸收峰的位移,这种现象称为化学位移。化学位移的标准:相对标准TMS(四甲基硅烷)位移常数δ =0。与裸露的氢核相比,TMS的化学位移最大,但规定 TMS TMS=0,其他种类氢核的位移为负值,负号不加。采用此标准的原因:(1)12个氢处于完全相同的化学环境,只产生一个尖峰;(2)屏蔽强烈,位移最大;只在图谱中远离其他大多数待研究峰的高磁场区有一个尖峰;(3)易溶于有机溶剂,沸点低,易回收。影响因素:(1)诱导效应:吸电子,电子云降低,屏蔽下降,低场出现,图左侧;(2)共轭效应;(3)磁各相异性效应;(4)范得华效应;(5)氢键去屏蔽效应:电子云密度降低,产生去屏蔽作用,化学位移向低场;(6)溶剂效应。 弛豫过程:大量(而不是单个)原子核的运动规律。高能态原子核通过非辐射形式放出能量而回到低能态的过程叫弛豫过程。 屏蔽效应:核受周围不断运动着的电子影响,使氢核实际受到的外磁场作用减小, 这种对抗外磁场的作用为屏蔽效应,通过屏蔽效应可分析核周围情况。δ小,屏蔽强,σ大,共振需要的磁场强度大,在高场出现,图右侧;δ大,屏蔽弱,σ小,共振需要的磁场强度小,在低场出现,图左侧。 自选耦合和自旋裂分:分峰是由于分子内部邻近氢核自旋的相互干扰引起的,这种邻近氢核自旋之间的相互干扰作用称为自旋偶合,由自旋偶合引起的谱线增多现象称为自旋裂分。 n+1规律:当某基团上的氢有n个相邻氢时,它将裂分为n+1个峰。若这些相邻氢核处于不同的化学环境中,如一种环境为n个,另一种为n’个,则将裂分为(n+1)(n’+1)个峰。

核磁共振波谱法习题集及答案

第三章、核磁共振波谱法 一、选择题( 共79题) 1. 2 分 萘不完全氢化时,混合产物中有萘、四氢化萘、十氢化萘。附图是混合产物的核磁共振谱图,A、B、C、D 四组峰面积分别为46、70、35、168。则混合产物中,萘、四氢化萘,十氢化萘的质量分数分别如下:( ) (1) 25.4%,39.4%,35.1% (2) 13.8%,43.3%,43.0% (3) 17.0%,53.3%,30.0% (4) 38.4%,29.1%,32.5% 2. 2 分 下图是某化合物的部分核磁共振谱。下列基团中,哪一个与该图相符?( ) (1)CH3C CH2 O CH CH O CH3 (2)CH (3)CH3CH 2 O (4)CH3O CH O CH H X:H M:H A=1:2:3 3. 2 分 在下面四个结构式中 (1) C3(2) C CH3 CH3 (3) C CH3 CH3 3 (4) C H H 哪个画有圈的质子有最大的屏蔽常数?()

4. 1 分 一个化合物经元素分析,含碳 88.2%,含氢 11.8%,其氢谱只有一个单峰。它是 下列可能结构中的哪一个? ( ) 5. 1 分 下述原子核中,自旋量子数不为零的是 ( ) (1) F (2) C (3) O (4) He 6. 2 分 在 CH 3- CH 2- CH 3分子中,其亚甲基质子峰精细结构的强度比为哪一组数据 ?( ) (1) 1 : 3 : 3 : 1 (2) 1 : 4 : 6 : 6 : 4 : 1 (3) 1 : 5 : 10 : 10 : 5 : 1 (4) 1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1 7. 2 分 ClCH 2- CH 2Cl 分子的核磁共振图在自旋-自旋分裂后,预计 ( ) (1) 质子有 6 个精细结构 (2) 有 2 个质子吸收峰 (3) 不存在裂分 (4) 有 5 个质子吸收峰 8. 2 分 在 O - H 体系中,质子受氧核自旋-自旋偶合产生多少个峰 ? ( ) (1) 2 (2) 1 (3) 4 (4) 3 9. 2 分 在 CH 3CH 2Cl 分子中何种质子 σ 值大 ? ( ) (1) CH 3- 中的 (2) CH 2- 中的 (3) 所有的 (4) 离 Cl 原子最近的 10. 2 分 在 60 MHz 仪器上,TMS 和一物质分子的某质子的吸收频率差为 120Hz ,则该质 子的化学位移为 ( ) (1) 2 (2) 0.5 (3) 2.5 (4) 4 11. 2 分 下图四种分子中,带圈质子受的屏蔽作用最大的是 ( ) C H H H C R C R C H (b )(c )(d ) (a ) 12. 2 分 质子的γ(磁旋比)为 2.67×108/(T ?s),在外场强度为 B 0 = 1.4092T时,发生核磁共 振的辐射频率应为 ( ) (1) 100MHz (2) 56.4MHz (3) 60MHz (4) 24.3MHz 13. 2 分 下述原子核没有自旋角动量的是 ( )

仪器分析之核磁共振波谱法试题及答案

核磁共振波谱法 一、填空题 1. NMR法中影响质子化学位移值的因素有:__________,___________,__________、,,。 2. 1H 的核磁矩是2.7927核磁子, 11B的核磁矩是2.6880核磁子, 核自旋量子数为3/2,在1.000T 磁场中, 1H 的NMR吸收频率是________MHz, 11B的自旋能级分裂为_______个, 吸收频率是________MHz (1核磁子=5.051×10-27J/T, h=6.626×10-34J·s) 3. 化合物C 6H 12 O,其红外光谱在1720cm-1附近有1个强吸收峰,1HNMR谱图上, 有两组单峰d a=0.9, d b=2.1,峰面积之比a:b =3:1, a为_______基团, b为 _________基团,其结构式是__________________。 4. 苯、乙烯、乙炔、甲醛,其1H化学位移值d最大的是_______最小的是 _________,13C的d值最大的是_________最小的是____________。 二、选择题 1. 自旋核7Li、11B、75As, 它们有相同的自旋量子数Ι=3/2, 磁矩μ单位为核磁 子,m Li =3.2560, m B=2.6880, m As =1.4349 相同频率射频照射, 所需的磁场强 度H大小顺序为 ( ) (1) B Li>B B>B As (2) B As>B B>B Li (3) B B>B Li>B As (4) B Li>B As>B Li 2.在O - H 体系中,质子受氧核自旋-自旋偶合产生多少个峰? ( ) (1) 2 (2) 1 (3) 4 (4) 3 3. 下列化合物的1HNMR谱, 各组峰全是单峰的是 ( ) (1) CH 3-OOC-CH 2 CH 3 (2) (CH 3 ) 2 CH-O-CH(CH 3 ) 2 (3) CH 3-OOC-CH 2 -COO-CH 3 (4) CH 3 CH 2 -OOC-CH 2 CH 2 -COO-CH 2 CH 3 4.一种纯净的硝基甲苯的NMR图谱中出现了3组峰, 其中一个是单峰, 一组是二重峰,一组是三重峰. 该化合物是下列结构中的 ( )

核磁共振波谱分析报告

核磁共振波谱分析 1946年美国科学家布洛赫(Bloch)和珀塞尔(Purcell)两位物理学家分别发现在射频*(无线电波*0.1~100MHZ,106~109μm)的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核相互作用,引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(NMR)。NMR 和红外光谱,可见—紫外光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁。引起核磁共振的电磁波能量很低,不会引起振动或转动能级跃迁,更不会引起电子能级跃迁。.根据核磁共振图谱上吸收峰位置、强度和精细结构可以研究分子的结构。化学家们发现分子的环境会影响磁场中核的吸收,而且此效应与分子 结构密切相关。1950年应用于化学领域,发现CH 3CH 2 OH中三个基团H吸收不同。 从此核磁共振光谱作为一种对物质结构(特别是有机物结构)分析的确良非常有效的手段得到了迅速发展。1966年出现了高分辨核共振仪,七十年代发明了脉冲傅立叶变换核磁共振仪,以及后来的二维核磁共振光谱(2D-NMR),从测量1H 到13C、31P、15N,从常温的1~2.37到超导的5T以上,新技术和这些性能优异的新仪器都核磁共振应用范围大大扩展,从有机物结构分析到化学反应动力学,高分子化学到医学、药学、生物学等都有重要的应用价值。 §4-1核磁共振原理 一、原子核自旋现象 我们知道原子核是由带正电荷的原子和中子组成,它有自旋现象原子核大都围绕着某个轴作旋转运动,各种不同的原子核,自旋情况不同。原子核的自旋情况在量子力学上用自旋量子数I表示,有三种情况: ①I=0,这种原子核没有自旋现象,不产生共振吸收(质量数为偶数(M),电子数,原子数为偶数(z)为12G,16O,32S) ②I=1、2、3、…、n,有核自旋现象,但共振吸收复杂,不便于研究。 ③I=n/2(n=1、2、3、5、…)有自旋现象,n〉1时,情况复杂,n=1时,I=1/2,

核磁共振波谱法作业题

核磁共振波谱法 讲授内容 第一节.概述 第二节.基本原理 第三节.化学位移 第四节.自旋偶合和自旋系统 第五节.核磁共振仪和实验方法 第六节.氢谱的解析方法 第七节.碳谱简介 第一节.概述 第二节.基本原理 填空题 1.原子核是否有自旋现象是由其自旋量子数Ⅰ决定的,Ⅰ为的核才有自旋,为磁场 性核。 2.进行核磁共振实验时,样品要置于磁场中,是因为。 3.对质子( =2.675×108 T-1·s-1)来说,仪器的磁场强度如为1.4092T,则激发用的射频 频率为。 选择题 1.下列原子核没有自旋角动量的是哪一种? A.14N B.28Si C.31P D.33S E.1H 2.下述核中自旋量子数I=1/2的核是 A.16O B.19F C.2H D.14N E.12C 3.1H核在外磁场中自旋取向数为 A.0 B.1 C.2 D.3 E.4 4.若外加磁场的磁场强度H逐渐增大时,则使质子从低能级E跃迁至高能级E所需的能 量: A.不发生变化 B.逐渐变小 C.逐渐变大 D.不变或逐渐变小 E.不变或逐渐变大 简答题 1.试述产生核磁共振的条件是什么? 2.一个自旋量子数为1/2的核在磁场中有多少种能态?各种能态的磁量子数取值为多 少? 3.哪些类型的核具有核磁共振现象?目前的商品核磁共振仪主要测定是哪些类型核的核 磁共振? 4.为什么强射频波照射样品会使NMR信号消失?而UV与IR吸收光谱法则不消失。 计算题 1.试计算在1.9406T的磁场中,1H、13C的共振频率。 2.试计算在25o C时,处在2.4T磁场中13C高能态核与低能态核数目的比例。

第三节.化学位移 填空题 1.有A,B,C三种质子,它们的共振磁场大小顺序为B A>B B>B C,则其化学位移δ的大 小顺序为。 2.有A,B,C三种质子,它们的屏蔽常数大小顺序为σA>σB>σC,试推测其共振磁场 B的大小顺序为。 3.在化合物CH3X中,随着卤原子X的电负性增加,质子共振信号将向磁场强度方向 位移。 选择题 1.不影响化学位移值的因素是: A.核磁共振仪的磁场强度 B.核外电子云密度 C.磁的各向异性 效应 D.所采用的内标试剂 E.使用的溶剂 2.在下列化合物中,质子化学位移(ppm)最大者为: A.CH 3Br B.CH 4 C.CH 3 OH D.CH 3 I E.CH 3 F 3.CH3X中随X电负性增大,H核信号: A.向高场位移,共振频率增加 B.向高场位移,共振频率降低 C.向低场位移,共振频率增加 D.向低场位移,共振频率降低 E.变化无规律 4.在磁场中质子周围电子云起屏蔽作用,以下几种说法正确的是: A.质子周围电子云密度越大,则屏蔽作用越小 B.屏蔽作用与质子周围的电子云密度无关 C.屏蔽越小,共振磁场越高 D.屏蔽越大,共振频率越高 E.屏蔽越大,化学位移δ越小 5.抗磁屏蔽效应和顺磁屏蔽效应对化学位移有重要贡献,结果是: A.抗磁屏蔽使质子去屏蔽,顺磁屏蔽使质子屏蔽 B.抗磁屏蔽使质子的共振信号向低场位移,顺磁屏蔽使质子的共振信号向高场位移 C.抗磁屏蔽使质子的δ值增大,顺磁屏蔽使质子的δ值减小 D.抗磁屏蔽使质子的δ值减小,即产生高场位移;顺磁屏蔽使质子的δ值增大,即产生 低场位移 E.抗磁屏蔽和顺磁场屏蔽均使质子去屏蔽 6.乙烯质子的化学位移值(δ)比乙炔质子的化学位移值大还是小?其原因是什么? A.大,因为磁的各向异性效应,使乙烯质子处在屏蔽区,乙炔质子处在去屏蔽区; B.大,因为磁的各向异性效应,使乙烯质子处在去屏蔽区,乙炔质子处在屏蔽区; C.小,因为磁的各向异性效应,使乙烯质子处在去屏蔽区,乙炔质子处在屏蔽区;

仪器分析 第7章 核磁共振波谱法

核磁共振波谱法 最早美国两所大学1945年同时发现NMR。哈佛的Pacell和Pound 发现石腊质子有NMR现象,斯坦富大学的Bloch和Honson发现H2O 中质子有NMR,且Pacell和Bloch因此而获得诺贝尔奖。1953年第一台仪器商品化,当时仅30MHZ,现已有700MC的仪器(MC越高,分辩率越高)。至今50多年发展中,这门学科共12位科学家获诺贝尔奖。 第一节概述 到目前为止,我们所学的光谱分析中,⑴除荧光分析外,均为吸收光谱,今天开始学的NMR亦是吸收光谱; ⑵除原子吸收,其余均为分子吸收,所以NMR属于分子吸收光谱。 一. 产生: 置于强磁场中吸收无线电波 试样H1长波长电磁波照射原子核自旋能原子核能级分裂1-10 m 级跃迁(核磁矩改变而产生电流,此现象为核磁共振)测产生的感应电流NMR光谱。 利用核磁共振光谱进行结构测定,定性及定量分析的方法称为核磁共振光谱法。 NMR谱获得方法有两种: ⒈扫场:固定照射频率υ,依次改变磁场强度H0——常用之 ⒉扫频:固定磁场强度H0,依次改变照射频率υ0

P151 图17-1五个部分: 磁铁:提供稳定的高强度磁场 H扫场线圈:附加磁场,可调节 D接收线圈:产生感应电流 R照射线圈:与外磁场H0垂直60兆,90兆…兆数越高,图谱越精密,易解释。 注:三个线圈互相垂直,互不干扰。 二. 与Vis-UV,IR比较: 都属于分子吸收光谱 例: CH3CH2OH 紫外几乎无吸收(仅末端吸收)无π骨架 红外有υOH NMR:OH,CH2,CH3三种类型H0 NMR有H1,C 13谱。特点:灵敏度高,不损坏样品。 1提供三个信息: ⒈分子中处于不同环境的氢的数目。(氢分布) H ⒉分子中各个H的化学环境。(质子类型) ⒊每个H相邻基团的结构(亦可归入2)〈核间关系〉 13提供碳的骨架信息。 C 教学大纲要求仅学习H1谱。愈深究者,请选修《有机分析》。

第三章-核磁共振波谱法作业

第三章-核磁共振波谱法作 业 标准化文件发布号:(9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

第三章、核磁共振波谱法 1. 在核磁共振波谱法中,常用 TMS(四甲基硅烷) 作内标来确定化学位移,这样做有什么好处 2. 某有机化合物相对分子质量为88, 元素分析结果其质量组成为: C: %; O: 36;H: % NMR谱图表明: a组峰是三重峰, ≈, 相对面积=3; b组峰是四重峰, ≈, 相对面积=2; c组峰是单重峰, ≈, 相对面积=3; (1) 试求该化合物各元素组成比 (2) 确定该化合物的最可能结构及说明各组峰所对应基团 3. 当采用90MHz频率照射时, TMS和化合物中某质子之间的频率差为430Hz, 这个质子吸收的化学位移是多少 4. 在使用200MHz的NMR波谱仪中某试样中的质子化学位移值为,试计算在300MHz 的NMR仪中同一质子产生的信号所在位置为多少Hz 5. C4H8Br2的核磁共振谱峰数如下: 1 = ,双峰 2 = , 四重峰 3 = ,三重峰 4 = ,六重峰 这四种峰的面积比依次为 3 : 2 : 2 : 1 . 试写出该化合物的结构式,并用数字 1、2、3、4 标明相应的碳原子, 并作简明解释。 6. 判断下列化合物的核磁共振谱图(氢谱)。 C CH2Br CH2Br Br CH3

7. 5 分 化合物C3H6O21H-NMR谱图如下 (1) 有3种类型质子 (2) a. = 三重峰 b. = 四重峰 c. = 单峰 (3) 峰面积之比 a:b:c =3:2:1 请写出它的结构式, 并解释原因. 8. 分子式为C5H11Br有下列NMR谱数据 质子数信号类型 6 二重峰 3 二重峰 1 多重峰 1 多重峰 该化合物结构是什么 9. 试推测分子式为C8H18O在NMR谱中只显示一个尖锐单峰的化合物结构. 10化合物(a), (b), (c)分子式均为C3H6Cl2, 它们的NMR数据如下, 试推测(a) (b), (c)的结构. (a) (b) (c) : 1H 三重峰 2H 五重峰 1H 多重峰 2H 多重峰 4H 三重峰 2H 二重峰 3H 三重峰 3H 二重峰 11. 化合物A,分子式为: 6H,二重峰, =, 3H, 二重峰, =,1H, 多重峰, =,1H,多重峰; =. 请写出该化合物结构. 12. 写出分子式为C4H8O2且与下列核磁共振谱相符的化合物结构式.

核磁共振波谱法作业题

核磁共振波谱法 讲授容 第一节.概述 第二节.基本原理 第三节.化学位移 第四节.自旋偶合和自旋系统 第五节.核磁共振仪和实验方法 第六节.氢谱的解析方法 第七节.碳谱简介 第一节.概述 第二节.基本原理 填空题 1.原子核是否有自旋现象是由其自旋量子数Ⅰ决定的,Ⅰ为的核才有自旋,为磁 场性核。 2.进行核磁共振实验时,样品要置于磁场中,是因为。 3.对质子(=2.675×108 T-1·s-1)来说,仪器的磁场强度如为1.4092T,则激发用的射 频频率为。 选择题 1.下列原子核没有自旋角动量的是哪一种?

A.14N B.28Si C.31P D.33S E.1H 2.下述核中自旋量子数I=1/2的核是 A.16O B.19F C.2H D.14N E.12C 3.1H核在外磁场中自旋取向数为 A.0 B.1 C.2 D.3 E.4 4.若外加磁场的磁场强度H逐渐增大时,则使质子从低能级E跃迁至高能级E所需的能 量: A.不发生变化 B.逐渐变小 C.逐渐变大 D.不变或逐渐变小 E.不变或逐渐变大 简答题 1.试述产生核磁共振的条件是什么? 2.一个自旋量子数为1/2的核在磁场中有多少种能态?各种能态的磁量子数取值为多 少? 3.哪些类型的核具有核磁共振现象?目前的商品核磁共振仪主要测定是哪些类型核的核 磁共振? 4.为什么强射频波照射样品会使NMR信号消失?而UV与IR吸收光谱法则不消失。计算题 1.试计算在1.9406T的磁场中,1H、13C的共振频率。 2.试计算在25o C时,处在2.4T磁场中13C高能态核与低能态核数目的比例。

第三节.化学位移 填空题 1.有A,B,C三种质子,它们的共振磁场大小顺序为B A>B B>B C,则其化学位移δ的大 小顺序为。 2.有A,B,C三种质子,它们的屏蔽常数大小顺序为σA>σB>σC,试推测其共振磁场B 的大小顺序为。 3.在化合物CH3X中,随着卤原子X的电负性增加,质子共振信号将向磁场强度 方向位移。 选择题 1.不影响化学位移值的因素是: A.核磁共振仪的磁场强度 B.核外电子云密度 C.磁的各向异性效应 D.所采用的标试剂 E.使用的溶剂 2.在下列化合物中,质子化学位移(ppm)最大者为: A.CH3Br B.CH4 C.CH3OH D.CH3I E.CH3F 3.CH3X中随X电负性增大,H核信号: A.向高场位移,共振频率增加 B.向高场位移,共振频率降低 C.向低场位移,共振频率增加 D.向低场位移,共振频率降低

相关主题
相关文档 最新文档