主题：【分享】【金秋计划】核磁共振技术基础知识

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发表于：2024/09/12 11:34:11 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, NMRS)，是将核磁共振现象应用于测定分子结构的一种谱学技术。通过核磁共振谱图提供的信息，可以了解特定原子的个数、化学环境和邻近基团的种类等信息。本文内容将从原理、制样、谱图、实验四个方面带你入门NMR测试技术。

Q1原理类
元素周期表中所有元素都可以测出核磁共振谱吗？
不是。只有自旋量子数不为0的原子核可以作为研究对象。被测元素(或其同位素)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)，天然丰度较高。若天然丰度太低，则灵敏度低，信号不易测出。

Q2为什么大部分核磁共振研究对象都是氢原子核？
因为氢原子核天然丰度接近于100%，自旋量子数为1/2，是一种电荷分布均匀的自旋球。几乎所有化合物都含有氢原子，因此氢原子核被作为广泛的核磁共振研究对象。

Q3氟元素、磷元素天然丰度为100%，自旋量子数为1/2，为什么通常不被当做主要的研究对象？

因为这两种元素并不是普遍存在于化合物中。

Q4制样类
核磁实验样品管的使用，需要注意什么问题？

1. 大部分液体核磁实验使用的是5 mm探头，探头内部隔离样品和线圈的石英管内径只有5.4 mm，如果核磁试管有过粗、弯曲或者裂纹等瑕疵，容易在测试过程中对探头造成损坏。

2. 使用样品管前，可以在平面上滚动，或用专门工具确定核磁试管平直；对灯光仔细检查有无裂纹；插入转子前，一定要仔细擦拭试管外表面，插入转子时要注意是否过紧或过松。
注意：损坏探头可能造成数百甚至数万美元的维修费用，切记不可使用不合格的核磁试管进行实验！

Q5配制样品为什么要使用氘代试剂？如何选择氘代试剂？

1. 测试时溶剂中的氢也会出峰，溶剂量远大于样品量，溶剂峰会掩盖样品峰。用氘取代溶剂中的氢，氢谱中不会出现氘的峰，减少了溶剂的干扰。氢谱中出现的溶剂峰是氘取代不完全的残留氢的峰。

2. 测试过程中需要用氘进行锁场。

3. 氘代溶剂的品种并不多，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排列如下：苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亚砜、吡啶、甲醇、水。注意溶剂峰的化学位移，尽量不要干扰样品出峰。

Q6常用氘代溶剂信息
可以使用混合氘代试剂进行实验吗？
可以。但化合物在混合溶剂中由于溶剂效应，峰的化学位移和单一氘代溶剂的实验可能会有所不同。

Q7溶剂用量多少较为合适？
定深量筒上绘有相应线圈的位置及长度，一般只要保证液面高度比线圈上下各多出约1 cm即可，过少会影响匀场效果，过多浪费溶剂且稀释样品不利于一些特殊实验。

Q8样品量多少较为合适？
不同场强、仪器设备是否有超低温探头、样品分子量、以及测试谱图类型，所需要的样品量均不相同。一般来说，对于分子量400左右的化合物，需要样品量约10毫克左右。

Q9测试样品是否必须添加TMS？
添加TMS（四甲基硅烷）是作为定位化学位移的标尺，也可以使用溶剂峰作为标尺，或在水溶液或极性较大的溶剂中添加DSS（4,4-二甲基-4-硅戊烷-1-磺酸）作为标尺。

Q10谱图类
高场和低场的核磁共振波谱仪测出的谱图有什么区别？

1. 高场谱仪较低场谱仪灵敏度高，若样品浓度低，低场谱仪测出的谱图信噪比低，可改用高场谱仪改善信噪比；

2. 高场谱仪较低场谱仪测出的谱峰分得更开，谱图解析更容易。

Q11使用哪些氘代溶剂测出的氢谱上看不到活泼氢出峰？
甲醇-D4、重水、三氟醋酸都有重水交换作用，看不到活泼氢出峰。

Q12为什么氘代丙酮、氘代二甲亚砜和氘代甲醇的溶剂峰为五重峰？
溶剂峰的裂分是由于氘对氢的耦合作用，根据2n+1规律，两个氘对一个氢耦合裂分成五重峰。

Q13氢谱能够得到什么信息？这些信息有什么用？
氢谱可以得到化学位移（属于哪类基团）、耦合常数（确定基团之间的连接关系）和积分面积（相对质子数）三个重要的信息。借助这些信息可以推测质子的连接关系及链接位置。

Q14氢谱中看到出峰附近有对称的小峰是什么？
可能是旋转边带(距离出峰中心位置15 Hz，根据转速决定)；也可能是13C的同位素峰，其高度大约是0.55% (13C的天然丰度是1.1%)；也有可能是杂质(太巧了)。

Q15实验类
氢谱实验的一般流程及参数设置？

1. 锁场，调谐，匀场，设置实验参数，计算增益，采集数据；

2. 关键参数：谱宽，照射中心位置，采集时间，弛豫时间。

Q16怎样做重水交换？

1. 实验目的：确定活泼氢；

2. 测试方法：采集氢谱后，向样品管中滴几滴重水，震荡后再次采集氢谱，谱图中活泼氢消失。

Q17氢谱的衍生实验有哪些？
DOSY、溶剂峰抑制、水峰压制、定量实验、极化饱和转移差谱、NOE实验等。