核磁共振仪器实验报告

实验项目名称：

根据核磁共振推出

的分子结构式

1. 实验目的
   1. 了解核磁共振的基本原理
   2. 掌握核磁共振波谱仪的使用方法
   3. 学习利用核磁共振测定化合物的结构式
2. 实验设备

核磁共振波谱仪（Bruker 500）

主要规格及技术指标：

磁场强度：11.74 Tesla
磁场漂移＜5 Hz/h
Z方向梯度场最大强度：50 G/cm
横向5高斯线＜0.6m
两个射频通道，频率范围6～640MHz，观察及去偶功能
连续自动锁场，自动氘梯度匀场
正向宽带液体探头检测核范围：1H、19F和15N-31P之间的所有核
灵敏度：1H≥730:1(0.1％ EB); 13C≥250:1(ASTM); 15N≥40:1(90% formamide); 19F≥40:1(0.05% TFT); 31P≥180:1(0.0485% TPP)
90度脉冲宽度

1. 实验原理

核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术是利用原子磁性核在电磁场中的核磁共振现象，对物质分子结构、构型构象进行研究与表征的重要方法。该技术具有能够深入物质内部获得信号而不破坏样品，能够迅速、准确获得具有较高分辨率的信号等优点。核磁共振波谱技术在材料学研究中被广泛应用于确定溶液中有机分子的结构、分子物理学、晶体及非晶体材料等，与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱并称“四谱”，是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性、定量分析的强有力工具。

核磁共振：能够产生共振跃迁的原子核（即自旋量子数或磁矩不为零的原子核），核里面质子数是奇数而中子数是偶数或者质子数是偶数而中子数是奇数的核，在恒定的外磁场中，用特定频率的电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级跃迁，可产生共振吸收，得到核磁共振谱，进而得到有机化合物中H或C 的化学位移、耦合常数、峰型等信息，再根据已知的化合物分子式就可推出化合物的分子结构式。

化学位移：在核磁共振波谱中，自旋电荷产生磁场，产生与自旋成比例的磁矩。 当置于外部磁场中时，存在两种自旋态：一种与磁场对齐，一种与磁场相反。化学位移是指分子中旋转质子（或其他原子核）与参考分子之间共振频率的差异。 它是用于确定核磁共振分子结构的重要性质。 NMR 光谱可以检测各种原子核，包括 1H（质子）、13C（碳 13）、15N（氮 15）、19F（氟 19）等。 其中，1H和13C是最常用的原子核。化学位移的概念特别适用于 1H NMR 光谱。 原子核中的两个质子都带有正电荷，并且不断运动，就像云一样。 根据量子力学原理，运动中的电荷会产生磁场。 在 NMR 中，当原子核暴露于射频 (RF) 辐射时，会导致原子核及其磁场旋转或“脉冲”，因此称为 NMR。通过分析核磁共振谱中的化学位移，可以获得对化合物的化学环境和分子结构的宝贵见解。化学位移值通常以百万分之一 (ppm) 为单位报告，并提供有关分子内电子分布和化学键合的信息。

偶合常数：可以提供分子内各基团之间的位置和相互连接的信息，提供两质子在分子结构中的相对位置。峰形：通过1H 的（n+1）规律，我们可以通过信号分裂峰的个数和形状，判断出质子基团邻近的其它质子的个数和分布。

样品处理：（1）制样处理：对液体样品，可以直接进行测定，因此对大多数的固体样品和粘稠样品，都是配置成溶液进行测定；对难以溶解的固体样品，如高分子化合物、矿物等，可用固体核磁共振仪测定。（2）溶剂选择：溶剂应当不含质子，对样品的溶解性好，不与样品发生缔合作用。常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳和氘代试剂等。（3）内标物：由于实际的氢核与无电子屏蔽的裸露氢核的标准状态相去甚远，因此常用一种具有尖锐共振峰的化合物代替，即内标物。

核磁共振仪的主要部件：

样品架：待分析的样品放置在通常长 8.5 厘米、直径 0.3 厘米的玻璃管中。

磁性线圈：当电流流过这些线圈时，就会产生磁场。 线圈的磁场与样品中的原子核相互作用。

永久磁铁：永磁体在 NMR 仪器内产生均匀的磁场。 磁场强度通常在 60-100 MHz 范围内。

扫描发生器：扫描发生器改变提供给样品的磁场强度。 它可以进行微调和修改，以保证达到必要的磁场强度。

射频发射器： 该组件由一个线圈组成，可产生短暂而强烈的无线电波脉冲。 为了激发原子核，将射频脉冲传送到样品。

射频接收器：射频接收器线圈检测原子核松弛到较低能级时释放的射频。 它记录材料产生的核磁共振信号。

射频探测器：射频检测器有助于确定样品被激发后未吸收的射频。 它提供有关 NMR 信号共振频率和强度的信息。

縦笛：记录仪记录 RF 检测器接收到的 NMR 信号。 它收集并保存数据以供进一步研究。

读出系统：使用基于计算机的读出系统对 NMR 数据进行分析、处理和解释。 它包括光谱分析、数据管理和 NMR 光谱显示工具。

1. 操作流程

• 仪器调剂

1. 调节磁场：核磁共振实验需要一个强大的恒定磁场。首先，需要调整磁场的均匀性，以确保在样品中获得均匀的磁场。然后，通过调节磁场强度，使其达到所需的数值。

2. 校准频率：核磁共振实验需要用到射频脉冲，因此需要校准射频频率。可以使用一个标准样品，例如乙酸钠，通过观察其共振信号的位置，调整射频频率以匹配核磁共振的共振频率。

• 仪器稳定测试

采用蒸馏水做核磁共振氢谱图，如果能获得稳定的峰，则进行接下来的未知样品进行测试。

• 数据采集

样品的配制：取3mg师兄的药品放入0.5ml准备好的氘代氯仿，轻轻摇匀，等完全 溶解后，转移到标准样品管。若样品无法完全溶解，也可适当加热或用微波震荡等致其完全溶解。

实验过程：

1. 样品放入，待机器定位到一号位之后，通过左右前后按钮定位自己的样品号位
2. 锁场（锁场前要查看场是否偏移，即采用命令lockdisp打开锁线窗口，查看所线的两个峰值是否在窗口的中间位置）
3. 匀场（匀场的目的使将磁体中探头附近的磁场调均匀，使输出信号最强，主要是调整的是各个线圈的电流值）
4. 创建一个新的实验数据目录、文件名
5. 读入实验参数
6. 检查采样通道
7. 调入探头参数
8. 设置样品及谱图有关参数
9. 设置与脉冲序列有关的参数
10. 调节探头的tuning和matching，如无自动调谐机构，需手动调节
11. 自动调节增益
12. 进入采样窗口，开始采样，观察fid信号
13. 采样结束后，使用命令
14. 积分，预览，打印

1. 实验结果

   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。根据其化学位移和峰型可以推出局部结构式，整体处理之后可以推出结构式为：

2.