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核磁共振波譜的原理和應(yīng)用

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發(fā)表時間：2022-11-04 17:28作者：鑠思百檢測

核磁共振波譜法（Nuclear Magnetic Resonance，簡寫為NMR）與紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、質(zhì)譜被人們稱為“四譜”，是對各種有機和無機物的成分、結(jié)構(gòu)進行定性分析的最強有力的工具之一，亦可進行定量分析。

核磁共振波譜法（NMR）原理介紹

在強磁場中，某些元素的原子核和電子能量本身所具有的磁性，被分裂成兩個或兩個以上量子化的能級。吸收適當(dāng)頻率的電磁輻射，可在所產(chǎn)生的磁誘導(dǎo)能級之間發(fā)生躍遷。在磁場中，這種帶核磁性的分子或原子核吸收從低能態(tài)向高能態(tài)躍遷的兩個能級差的能量，會產(chǎn)生共振譜，可用于測定分子中某些原子的數(shù)目、類型和相對位置。

核磁共振波譜法（NMR）分類

NMR波譜按照測定對象分類可分為：1H-NMR譜（測定對象為氫原子核）、13C-NMR譜及氟譜、磷譜、氮譜等。有機化合物、高分子材料都主要由碳氫組成，所以在材料結(jié)構(gòu)與性能研究中，以1H譜和13C譜應(yīng)用最為廣泛。

核磁共振波譜（NMR）的應(yīng)用

除了運用在醫(yī)學(xué)成像檢查方面，在分析化學(xué)和有機分子的結(jié)構(gòu)研究及材料表征中運用最多。

1. 有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定

一般根據(jù)化學(xué)位移鑒定基團；由耦合分裂峰數(shù)、偶合常數(shù)確定基團聯(lián)結(jié)關(guān)系；根據(jù)各H峰積分面積定出各基團質(zhì)子比。核磁共振譜可用于化學(xué)動力學(xué)方面的研究，如分子內(nèi)旋轉(zhuǎn)，化學(xué)交換等，因為它們都影響核外化學(xué)環(huán)境的狀況，從而譜圖上都應(yīng)有所反映。

2. 高分子材料的NMR成像技術(shù)

核磁共振成像技術(shù)已成功地用來探測材料內(nèi)部的缺陷或損傷，研究擠塑或發(fā)泡材料，粘合劑作用，孔狀材料中孔徑分布等?？梢员挥脕砀倪M加工條件，提高制品的質(zhì)量。

3. 多組分材料分析

材料的組分比較多時，每種組分的 NMR 參數(shù)獨立存在，研究聚合物之間的相容性，兩個聚合物之間的相同性良好時，共混物的馳豫時間應(yīng)為相同的，但相容性比較差時，則不同，利用固體 NMR 技術(shù)測定聚合物共混物的馳豫時間，判定其相容性，了解材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及性能優(yōu)異性。

此外，在研究聚合物還用于研究聚合反應(yīng)機理、高聚物序列結(jié)構(gòu)、未知高分子的定性鑒別、機械及物理性能分析等等。

核磁共振波譜（NMR）的常見問題

1.元素周期表中所有元素都可以測出核磁共振譜嗎？

不是。首先，被測的原子核的自旋量子數(shù)要不為零；其次，自旋量子數(shù)最好為1/2（自旋量子數(shù)大于1的原子核有電四極矩，峰很復(fù)雜）；第三，被測的元素（或其同位素）的自然豐度比較高（自然豐度低，靈敏度太低，測不出信號）。

2. 怎么在H譜中更好的顯示活潑氫？

與O、S、N相連的氫是活潑氫，想要看到活潑氫一定選擇氘代氯仿或DMSO做溶劑。在DMSO中活潑氫的出峰位置要比CDCl3中偏低場些?；顫姎溆捎谑軞滏I、濃度、溫度等因素的影響，化學(xué)位移值會在一定范圍內(nèi)變化，有時分子內(nèi)的氫鍵的作用會使峰型變得尖銳。

3. 怎么做重水交換？

為了確定活潑氫，要做重水交換。方法是：測完樣品的氫譜后，向樣品管中滴幾滴重水（不宜加入過多，一般1-2滴即可），振搖一下，再測氫譜，譜中的活潑氫就消失了。醛氫和酰胺類的氨基氫交換得很慢，需要長時間放置再測譜或者用電吹風(fēng)加熱一下，放置一會再進行檢測。此時會發(fā)現(xiàn)譜圖中水峰信號增強，在CDCl3中此時的HDO峰會在4.8ppm的位置。此外，甲醇和三氟醋酸都有重水交換作用，看不到活潑氫的峰。

4. 解析合成化合物的譜、植物中提取化合物的譜和未知化合物的譜，思路有什么不同？

合成化合物的結(jié)果是已知的，只要用譜和結(jié)構(gòu)對照就可以知道化合物和預(yù)定的結(jié)構(gòu)是否一致。對于植物中提取化合物的譜，首先應(yīng)看是哪一類化合物，然后用已知的文獻數(shù)據(jù)對照，看是否為已知物，如果文獻中沒有這個數(shù)據(jù)則繼續(xù)測DEPT譜和二維譜，推出結(jié)構(gòu)。對于一個全未知的化合物，除測核磁共振外，還要結(jié)合質(zhì)譜、紅外、紫外和元素分析，一步步推測結(jié)構(gòu)。

最后附上常見雜質(zhì)核磁化學(xué)位移表：

氫譜