波谱分析-研究生-2D NMR 简介及应用
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核磁共振波谱仪的参数及应用什么是核磁共振波谱仪?核磁共振波谱仪(Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer,简称NMR)是一种基于核磁共振现象和技术的仪器设备。
它主要通过对样品提供强磁场,以及对样品中核磁偶同峰(核磁共振)的收集和分析来确定分子和原子之间的化学结构和物理性质。
通常情况下,NMR仪器的主体包括磁场系统、射频电磁辐射系统、探头和数据采集处理系统等部分。
核磁共振波谱仪的参数使用NMR技术需要考虑一些重要的参数。
下面我们将介绍一些常见的参数以及它们的意义。
磁场强度磁场强度是NMR的一个重要参数之一。
其单位为特斯拉(Tesla,T),通常以T为单位表示。
磁场的强度越高,则可以检测到的核磁偶同峰越多,样品的分辨率也越高。
在实际应用中,NMR仪器可用的磁场强度一般在0.1-1.5T之间。
探头探头是NMR仪器中最重要的部分之一。
它负责建立和产生射频场,收集核磁偶同峰的信号,并将这些信号传输到接收器中进行处理。
探头的尺寸和形状决定了它可观测样品的大小和形状。
射频频率射频频率是NMR仪器中用来产生和采集信号的电磁辐射波的频率。
在大多数情况下,射频频率可以直接控制NMR仪器的探头。
平衡时间平衡时间指在样品准备阶段,对样品所加强磁场的强度和持续时间进行调整,以便让样品中的核磁偶同峰达到一个稳定的状态。
平衡时间一般为几秒钟到几分钟不等。
应用核磁共振波谱仪可以被广泛应用于许多领域,如生物化学、有机化学、医药学、材料科学等。
以下是一些重要的应用领域。
反应分析NMR可以被用来分析各种类型的化学反应,如酯化反应、加成反应等等。
通过观察样品在反应之前和之后的NMR谱图,在反应过程中发生的化学变化可以被可靠地确定和识别。
分子结构确定核磁共振波谱仪最重要的应用之一就是分子结构的确定。
通过对样品的核磁共振信号进行分析,可以确定样品中的各种原子之间的化学联系和相对位置。
这种技术对于化学和材料科学研究中的分子、聚合物等微观结构的解析非常有用。
二维核磁共振波谱名词解释
二维核磁共振(2D NMR)波谱是一种用于研究分子结构和动态过程的强大工具。
它通过测量和分析原子核在磁场中的自旋状态,可以提供关于分子内部结构、化学环境以及分子之间的相互作用的详细信息。
核磁共振是原子核在磁场中的行为。
当原子核吸收或发射能量时,其自旋状态会发生改变,这种改变可以通过磁场检测到。
在核磁共振波谱中,我们主要关注的是1H核(即氢原子核),因为它在许多化合物中都存在,且其信号容易检测。
二维核磁共振波谱是在一维核磁共振波谱的基础上发展起来的。
一维核磁共振波谱只能提供关于分子中不同种类的氢原子的信息,而二维核磁共振波谱则可以提供更多的信息。
它通过将一维实验进行多次,每次改变一个参数(如脉冲宽度、延迟时间等),然后将得到的数据进行关联和解析,可以得到关于分子结构的更多信息。
二维核磁共振波谱的主要类型有HSQC(异核单量子相干)和HMBC(异核多量子相干)。
HSQC是通过比较同一时间点上不同氢原子的信号来实现的,因此它可以提供关于这些氢原子之间化学键的信息。
HMBC则是通过比较不同时间点上相同氢原子的信号来实现的,因此它可以提供关于这些氢原子之间空间关系的信息。
除了HSQC和HMBC之外,还有许多其他的二维核磁共振
技术,如COSY(相干光谱)、TOCSY(全相关光谱)和ROESY (远程相关光谱)等,它们各有各的特点和应用领域。
二维核磁共振波谱是一种非常强大的工具,它可以提供关于分子结构和动态过程的详细信息。
然而,由于它的复杂性,需要专门的知识和技能才能正确解释和应用它。
H-H COSY(H-H correlation spectroscopy)谱中二维座标都表示1H的化学位移。
COSY 谱图中有两类谱峰,一类为对角峰,这是那些在t1和t2期间具有相同频率的组分,第二脉冲期间没有进行磁化转移,对角线呈现出正常的AX系统-维谱,这类峰代表化学位移。
另一类是交叉峰,又分为两类,靠近对角线的峰是同核多重峰的一部分,远离对角线的是具有共同偶合常数的不同种核的多重峰。
特点:很容易识别1H与1H的偶合关系。
但得不到具体偶合常数。
通常看到的是“对称”化操作谱,比较漂亮,要学会排除假峰。
相敏COSY(DQF COSY)对复杂分子如三萜皂甙和多肽,多糖等化学结构的COSY谱,对角线峰相位与交叉峰正好相差90o,为色散线形,所以普通COSY分辩很差,无法细分比较密的1H-1H相关峰。
最常采用的双量子沪波相敏COSY (DQF COSY)大大改进了相敏COSY谱,对角线峰和交叉峰均能调节到纯吸收形。
双量子沪波在理论上,灵敏度降低二倍,t1噪音也较大,但通过温控和长时间累加,多肽,多糖的化学结构确定主要是靠DQF- COSY来完成。
NOE差谱具体谱图的实现为;①作一个H谱②选择照射点;③选择对照点④用程序进行长时间累加。
注意:样品的处理除气,过滤,保持仪器稳定性,匀场要好等。
当以某种方式干扰一个跃迁谱线时,与此核有偶极一偶极作用的另一个核的跃迁谱线强度发生了变化,叫做NOE效应。
TOCSY是运用自旋锁定的方法,将同一自旋系统中的所有氢均关联,可以逐步增加自旋锁定时间,使自旋系统中的各个1H依次相关,达到推定结构的目的。
有些象接力COSY谱。
把COSY序列中第二脉冲和NOESY序列最后两个脉冲,包括混合时间,用一个长射频脉冲取代。
COSY和TOCSY谱比较(1)COSY交叉峰中主动偶合的磁化矢量是反相组分,小J偶合信息可能被抵消,而TOCSY 实验的主动偶合是同相组分,提高了小J偶合的检测灵敏度。
核磁共振波普NMR的原理、用途、分析问题核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance,简写为NMR)与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱被人们称为“四谱”,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。
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。
分类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。
用途除了运用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。
1、有机化合物结构鉴定一般根据化学位移鉴定基团;由耦合分裂峰数、偶合常数确定基团联结关系;根据各H峰积分面积定出各基团质子比。
核磁共振谱可用于化学动力学方面的研究,如分子内旋转,化学交换等,因为它们都影响核外化学环境的状况,从而谱图上都应有所反映。
2、高分子材料的NMR成像技术核磁共振成像技术已成功地用来探测材料内部的缺陷或损伤,研究挤塑或发泡材料,粘合剂作用,孔状材料中孔径分布等。
可以被用来改进加工条件,提高制品的质量。
3、多组分材料分析材料的组分比较多时,每种组分的 NMR 参数独立存在,研究聚合物之间的相容性,两个聚合物之间的相同性良好时,共混物的驰豫时间应为相同的,但相容性比较差时,则不同,利用固体NMR 技术测定聚合物共混物的驰豫时间,判定其相容性,了解材料的结构稳定性及性能优异性。
此外,在研究聚合物还用于研究聚合反应机理、高聚物序列结构、未知高分子的定性鉴别、机械及物理性能分析等等。