17 核磁共振波谱分析法 (7)
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核磁波谱解析一、核磁共振原理核磁共振(NMR)是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
在磁场中,原子核发生能级分裂,当吸收的能量等于分裂的两个能级差时,原子核就从低能级跃迁到高能级,这种现象称为核磁共振。
二、核磁共振仪器核磁共振仪器由磁体、射频脉冲发生器、射频接收器、数据处理系统和谱图记录仪组成。
其中,磁体是产生磁场的核心部件,一般采用超导磁体。
射频脉冲发生器和接收器负责产生和接收射频脉冲,同时对样品进行激励和解激。
数据处理系统则是对采集到的数据进行处理和分析的关键设备。
三、脉冲序列设计脉冲序列是控制射频脉冲的时序,用于激发样品中的原子核发生共振。
脉冲序列设计需要考虑多个因素,如脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲相位等。
合理的脉冲序列设计可以提高谱图的分辨率和灵敏度。
四、谱峰解析与化合物鉴定谱峰解析是通过对比已知的化学位移和耦合常数等信息,对未知样品中的化学组分进行鉴定。
化合物鉴定的基本步骤包括:对未知化合物的谱图进行预处理;通过对比标准谱图数据库或计算预测等方法确定化学位移和耦合常数;利用化学位移和耦合常数等信息对未知化合物进行结构鉴定。
五、定量分析方法定量分析是通过测量谱图中信号强度来确定样品中各组分的含量。
在定量分析中,需要先对样品进行标样处理,即加入已知量的标准品,然后在同一条件下进行测量,通过对比标准品和未知样品的信号强度来确定未知样品中各组分的含量。
六、谱图解析技巧谱图解析需要掌握一定的技巧和方法。
首先,要了解各种不同类型的谱图的特点和适用范围;其次,要掌握谱图解析的基本步骤和技巧,如先观察谱图的基线、各峰的形状、强度等信息,再结合样品的性质和来源进行分析;此外,还需要了解各种干扰因素对谱图的影响,如噪音、溶剂干扰等。
七、复杂谱图解析实例复杂谱图解析需要结合实际例子进行分析。
例如,对于一个未知化合物的复杂谱图,可以通过对比标准谱图数据库或计算预测等方法确定化学位移和耦合常数等信息,再利用这些信息对未知化合物进行结构鉴定。
分析化学核磁共振波谱法分析化学核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR)是一种非常重要的分析技术,广泛应用于有机化学、生物化学等领域。
本文将从基本原理、仪器设备、样品制备和应用等方面对NMR进行分析。
基本原理核磁共振波谱法是基于核磁共振现象的,核磁共振是指在外加静磁场和射频磁场的作用下,原子核能级的分裂现象。
当样品中的核磁共振活性核被置于静磁场中时,它会分裂成若干个子能级,对应着不同的共振频率。
这些频率可以测量并转换为核磁共振谱图,从而确定样品中不同核的化学环境和相对位置。
仪器设备核磁共振仪包括主磁场、射频系统和梯度线圈等部分。
主磁场是核磁共振仪的核心组成部分,它通过产生一个稳定且均匀的静磁场使样品中的核磁共振现象能够发生。
射频系统用于产生能与样品中核的共振频率相匹配的射频脉冲,从而激发样品中的核磁共振信号。
梯度线圈用于产生梯度磁场,使样品中不同位置的核有不同的共振频率,从而可以对核的位置进行定位。
样品制备样品的制备是进行核磁共振分析的关键步骤,其中要求样品的纯度和浓度都需要达到一定的要求。
通常,为了提高样品的分析效果,可以进行特定的样品制备,例如通过标记原子核来增强信号强度,或者通过选择性的核磁共振脉冲来增强特定核的信号。
应用核磁共振波谱法在许多领域具有重要的应用价值。
在有机化学中,核磁共振波谱法常用于确定分子的结构和化学环境,从而帮助确定分子的组成和结构。
在生物化学中,核磁共振波谱法可以用于研究生物大分子(如蛋白质、核酸等)的结构和功能,从而帮助理解生物反应的机理。
此外,核磁共振波谱法还可以应用于材料科学、医学和环境科学等领域。
总结通过分析化学核磁共振波谱法的基本原理、仪器设备、样品制备和应用等方面,可以看出核磁共振波谱法是一种重要而常用的分析技术。
它可以提供关于化合物结构、分子环境和分子动力学等方面的信息,对于解决化学和生物化学中的许多问题具有不可替代的作用。
核磁共振波谱法核磁共振(NMR)波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。
核磁共振波谱通过化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰,提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。
核磁共振定量分析以结构分析为基础,在进行定量分析之前,首先对化合物的分子结构进行鉴定,再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。
带正电荷的原子核在作自旋运动时,可产生磁场和角动量,其磁性用核磁矩µ表示,角动量P的大小与自旋量子数I有关(核的质量数为奇数,I为半整数;核的质量数为偶数,I为整数或0),其空间取向是量子化的;µ也是一个矢量,方向与P的方向重合,空间取向也是量子化的,取决于磁量子数m的取值(m=I, I-1,……-I,共有2I+1个数值)。
对于1H、13C 等I =1/2 的核,只有两种取向,对应于两个不同的能量状态,粒子通过吸收或发射相应的能量在两个能级间跃迁。
当自旋量子数I≠0的磁核处于一个均匀的外磁场H0中时,磁核因受到磁场的作用力而围绕着外磁场方向作旋转运动,同时仍然保持本身的自旋。
这种运动方式称为拉摩进动。
原子核的进动频率由下式决定:其中γ为旋磁比,是原子核的基本属性之一。
不同原子核的γ值不同,其值越大,核的磁性越强,在核磁共振中越容易被检测。
如果提供一个射频场,其ν满足:其中h为普朗克常数,则:即射频场的频率正好等于在磁场H0中的核进动频率,那么核就能吸收这一射频场的能量,导致在两个能级间跃迁,产生核磁共振现象。
核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。
低灵敏度的主要原因是基态和激发态的能量差非常小,通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子(当外磁场强度约为2 T 时)。
核磁共振波谱仪常见的有两类核磁共振波谱仪:经典的连续波(CW)波谱仪和现代的脉冲傅里叶变换(PFT)波谱仪,目前使用的绝大多数为后者。
磁共振波谱分析
磁共振波谱分析(MRS)是测定活体内某一特定组织区域化学成分的唯一的无损伤技术,是磁共振成像和磁共振波谱技术完美结合的产物,是在磁共振成像的基础上又一新型的功能分析诊断方法。
检查过程:组织内的一些化合物和代谢物的含量以及它们的浓度,由于各组织中的原子核质子是以一定的化合物的形式存在,在一定的化学环境下这些化合物或代谢物有一定的化学位移,并在磁共振波谱中的峰值都会有微小变化,它们的峰值和化学浓度的微小变化经磁共振扫描仪采集,使其转化为数值波谱。
这些化学信息代表组织或体液中相应代谢物的浓度,反映组织细胞的代谢状况。
即磁共振波谱是从组织细胞代谢方面来表达其病理改变的。
核磁共振波谱法一、概述早在1924年Pauli就预见某些原子核具有自旋和磁矩的性质,它们在磁场中可以发生能级的分裂。
1946年美国科学家布洛赫(Bloch,斯坦福大学)和珀塞尔(Purcell,哈佛大学)分别发现在射频区(频率0.1~100MHz,波长1~1000m)的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核(或称磁性核或自旋核)相互作用,引起磁性原子核在外磁场中发生核自旋能级的共振跃迁,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(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR),他们也因此分享了1952年的诺贝尔物理奖。
所产生的波谱,叫核磁共振(波)谱。
通过研究核磁共振波谱获得相关信息的方法,称为核磁共振波谱法。
NMR和红外光谱、紫外—可见光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后发生能级上的跃迁,但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。
.1949年,Kight第一次发现了化学环境对核磁共振信号的影响,并发现了信号与化合物结构有一定的关系。
而1951年Arnold等人也发现了乙醇分子由三组峰组成,共振吸收频率随不同基团而异,揭开了核磁共振与化学结构的关系。
1953年出现了世界上第一台商品化的核磁共振波谱仪。
1956年,曾在Block实验室工作的Varian制造出第一台高分辩率的仪器,从此,核磁共振波谱法成了化学家研究化合物的有力工具,并逐步扩大其应用领域。
七十年代以后,由于科学技术的发展,科学仪器的精密化、自动化,核磁共振波谱法得到迅速发展,在许多领域中已得到广泛应用,特别在有机化学、生物化学领域中的研究和应用发挥着巨大的作用。
八十年代以来,又不断出现新仪器,如高强磁场的超导核磁共振波谱仪,脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪,大大提高灵敏度和分辨率,使灵敏度小的原子核能被测定;计算机技术的应用和多脉冲激发方法的采用,产生二维谱,对判断化合物的空间结构起重大作用。