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核磁共振波谱法(七)
【来源/作者】周世华 【更新日期】2017-07-15

十、13C-NMR的常规谱与定量谱的测定

1、实验目的

(1)初步掌握进行13C-NMR常规谱与定量谱的一般操作技术。

(2)理解13C-NMR常规谱的一般特点。

(3)理解13C-NMR定量谱的原理与参数的设置。

2、实验原理

将射频场B1的频率y1对着13C核的共振频率以单脉冲序列观测。同时由辐照通道施加一个频率为1H核共振频率范围的宽而强的射频场B2,使体系中所有1H核受辐照而产生共振饱和,从而1H核对13C核耦合平均化或去耦。所观测到的13C谱是NOE增强效应的去耦的常规13C-NMR谱。不同基团的碳受NO增强是不同的,由此所得的棒状的碳谱其强度不能反映碳原子的相对个数的多少。倘若辐照门对1H的辐照条件加以控制,在13C观测用的激发脉冲停止后接收13C的FID信号的同时,对1H核进行去耦辐照,采样结束,辐照也结束。采样时间仅ms数量级,足够短,NOE刚刚产生随即便已结束,因此大大抑制了NOE却又消除了1H对13C的耦合,这就是反门控去耦的单脉冲序列。应注意,脉冲间隔时间应长到使体系的所有的磁化矢量皆恢复到原始平衡状态,这样所获得的13C谱线强度(积分高度)几乎正比于碳原子相对个数,呈定量谱。

3、仪器与试剂

仪器:脉冲傅里叶核磁共振(PFT-NMR)谱仪,φ5mm核磁共振样品管。

试剂:乙基苯(或任何兼有甲基、亚甲基、次甲基、季碳等多种基团的易溶于CDCl3的单纯化合物),CDCl3(含TMS)。

4、实验内容与步骤

(1)用乙醛或CDCl3标样按作1H-NMR谱的条件,调整好仪器的分辨率。

(2)改变实验参数与条件使之适用于作13C-NMR谱:观测频率应为13C核共振频率,它是1H核共振频率的1/4(300M仪器1H共振频率为300MHz,13C应为74.9MHz),经调谐,准确对准此频率。开通辐照场,并调节使它的发射对接收通道的干扰最小。设置脉冲系列类型为简单脉冲1H完全去耦方式。设定观测频率及频率偏置,13C谱宽(通常对未知物应设200~250ppm),脉冲宽度200~450(对13C核),延迟时间2~3s,累加次数为8的倍数,如8,16,32,…,400次等。设定辐照频率为1H核共振频率。

(3)检查实验工作参数与条件为常规去耦碳谱条件,无误。更换为欲测试样的CDCl3溶液。重新锁场并进一步调节分辨率,在旋转试样的情况下,测量13C-NMR信号。待采样完成后,用新设定的参数处理数据。操作同1H谱步骤,作图,为了便于进行比较,仍作积分(虽不必作积分)。完成1H完全去耦的常规13C-NMR谱。

(4)部分改变实验条件与参数:改用抑制NOE的门控去耦脉冲系列的辐照方式,脉冲宽度用200~300(对13C),脉冲间隔时间改用5~10s或更长(当用900脉冲时,应用被测物中纵向弛豫时间最长的碳核的T,的5倍以上)。累加次数改为常规谱的2~3倍。测量13C-NMR信号。采样完成后,用新设定的参数处理数据,作出谱图及积分曲线,记录实验参数与结果,完成定量13C-NMR谱。

5、注意事项

(1)参数的设定,特别是13C频率及其偏置和谱宽对于获取正常谱图很重要。

(2)实验完毕后注意关闭辐照通道。

6、数据处理

(1)分析并指认1H完全去耦的常规及定量13C-NMR谱。

(2)比较两谱的积分值并进行讨论。

(3)比较并讨论两谱的参数的设定。

十一、

有机分子中直接与碳原子结合的氢原子的数目的不同,对碳的耦合裂分不同。本方法是利用自旋回波现象来区分13C谱中不同耦合裂分的甲基、亚甲基、次甲基、季碳的最简单的方法。从原理上讲,被称为J-调制自旋回波(卜modulated spin echo)法,从应用上讲,常称为所附质子试验(attachedproton test,APT)方法。

1、实验目的

(1)理解自旋回波的形成与J调制。

(2)理解APT法基本原理。 、

(3)了解APT法参数的设定与初步掌握APT实验方法。

2、实验原理

自旋回波是核磁共振中的重要实验现象。自旋回波可以利用双脉冲序列产生。分析如图12.10所示脉冲时序图与核体系磁化矢量M的变化情况,可理解自旋回波的形成。

对于无耦合的核的体系受900(x’轴方向)脉冲作用后,体系初始磁化矢量慨M0由纵向z轴皆倒向y’轴,成为My,。人们将xy平面内的磁化矢量称为横向磁化矢量M。My’受到耦合与磁场不均匀性等因素的影响,处于场强略高的核的进动略快,场强略低的核的进动略慢。最快者记以F,最慢者记以S。这样My’开始在xy平面内散开,即具有不同相位。经时间τ,横向磁化矢量呈一扇区,随即施加1800(x’轴)脉冲,这一扇区绕x’轴皆翻向一-y’轴,并且继续以其自身的运动速度,相互朝着对方接近,经过同一τ时间,它们便重新聚集于一y’轴,得到了一个最大横向磁化矢量信号,这就是自旋回波。在这个回波之后,相位不同的磁化矢量继续运动,在3τ时刻施加一个1800脉冲后,到4τ时刻便又能观察到第二个回波,可见每再经过一个τ一1800_τ的作用后可相继观测到第二个、第三个……自旋回波。每隔2τ时间顺次采集这些回波信号,其强度应按横向弛豫时

参考资料:现代仪器分析实验与技术


【关键词】频谱图,波谱法,峰形,峰间距,核自旋磁能级,国家标准物质网 

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