AVANCEIII核磁共振谱仪操作规程

第一部分核磁共振的基本原理第二部分核磁共振仪器结构简介第三部分核磁共振实验操作第一部分核磁共振的基本原理一、核磁共振是一种物理现象，一种用来研究物质的分子结构及物理特性的光谱学方法.将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频率的电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振。利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定量分析的方法称为核磁共振波谱法。简称NMR二、核磁共振的应用领域1.化学结构鉴定：天然产物化学、有机合成化学2.动态过程的研究：反应动力学、研究平衡过程（化学平衡或构象平衡）3.三维结构研究：蛋白质、DNA/DNA复合物、多糖4.药物设计：NMR研究构效关系三、原子核的磁性原子核具有质量并带正电荷，大多数核有自旋现象，在自旋时产生磁矩，磁矩的方向可用右手定则确定，核磁矩和核自旋角动量P都是矢量，方向相互平行，且磁矩随角动量的增加成正比地增加=P—磁旋比，不同的核具有不同的磁旋比，对某元素是定值。是磁性核的一个特征常数•核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量子数I的关系如下:代入上式得：•当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原子核才有自旋角动量和自旋现象等值，，，，可以为2231210)1(2IIIhp)1(2IIh实践证明,核自旋与核的质量数,质子数和中子数有关质量数（a）原子序数（Z）自旋量子（I）例子奇数奇或偶25,23,21,,2111HI715919613,,NFC8171735511,25,,,23OIClBI偶数偶数01632816612,,SOC偶数奇数1，2，3……51071412,3,,,1BINHI无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收原子核可看作核电荷均刀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象。这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均刀，共振吸收复杂，研究应用较少；静磁场下原子核的磁性无静磁场静磁场B0存在时△E与外磁场强度成正比,B0越大,能级分裂越大,△E越大四、核磁共振的条件如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0中的核，且射频频率恰好满足下列关系时：h=ΔEΔE=γhB0/2π（核磁共振条件式）201H和13C在不同静磁场中的共振频率B0[T]共振频率[MHz]1H13C1.416015.11.888020.12.119022.632.3510025.154.7020050.35.6725062.97.0530076.49.40400100.611.74500125.714.09600150.9五、傅里叶变换谱仪的工作原理：磁化矢量、射频脉冲和FID信号B0MRF脉冲，覆盖了很宽的频率范围。B0M接收器ReceiverFID信号S(t)FTS()当相应频率的射频场(RF)脉冲照射时,宏观磁化矢量将围绕着射频场作用的方向从Z-轴转到X-Y平面上.由该平面上的检测线圈检测出时间域的FID信号,再通过傅立叶变换得到频率域的核磁共振谱图.第二部分核磁共振谱仪介绍——400MHzAVANCEIII核磁共振谱仪一、仪器的组成磁体系统机柜磁体系统，包括磁体，探头、刀场系统和前置放大器（HPPR）二、NMR实验前的准备1.样品纯度高，不含有磁性物质，样品的完全溶解。2.溶剂——氘代试剂重水（D2O）、氘代氯仿（CDCl3）、氘代丙酮（Acetone）、氘代二甲基亚砜（DMSO）、氘代二甲基甲酰胺（DMF）、氘代三氟醋酸（TFA）等。选择时应考虑：溶解度、溶剂信号对样品频谱的干扰、粘滞性、成本、水含量3.标准样品-用于定标(1)氢谱氘代氯仿、氘代二甲基亚砜、氘代丙酮等溶剂中，加入四甲基硅烷(CH3)4Si，值为0ppm，缩写：TMS重水：六甲基二硅醚（HMDC,值为0.07ppm),4,4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠（DSS,水溶性，作为极性化合物的内标，但三个CH2的值为0.5~3.0ppm,对样品信号有影响）（2）磷谱85%磷酸作为内标，值为0ppm。（3）氟谱CFCl3作为内标，值为0ppm。通常用三氟乙酸作为内标化学位移定位-78.5ppm9876543210ppm0.0000.9280.9460.9651.3751.3941.9021.9211.9404.0264.3144.3324.3507.6477.7048.8774.2519.7213.2314.100.5032.5710.305.33H1solvent:aectoneC4mimPF62004.12.13T1X=0.05goodTMS4.样品管样品管使用应注意问题（1）样品管必须保持干净，避免沾染灰尘或划伤。（2）不能使用试管刷刷洗样品管（3）新的样品管不一定是干净的样品管的旋转：可以提高分辨率；缺陷是有旋转边带本实验室谱仪不需旋转样品管的清洗（1）新样品管：丙酮清洗2-3次，50-60度干燥5h。（2）用过的样品管：a:把样品管内的残留溶液倒入废液池；b:根据样品管使用的氘代试剂的不同，选用不同的溶剂清洗3次；同时用超声波清洗机超声10min左右；c：用水清洗3次，然后再用乙醇清洗2-3次，最后使用丙酮清洗3次；d：把清洗过的样品管，50-60oc干燥5h，即可使用。e：如上述方法不能清洗干净，用无污染的浓硫酸浸泡几个小时，再重复以上操作清洗。三、操作软件topspin2.1程序，用于整个核磁仪器的控制、实验数据的采集和处理、分析等。topspin2.1程序的窗口简介命令行实验状态显示窗口数据保存区谱图显示区工具栏工具栏实验状态显示窗口第三部分实验操作指南样品的准备样品测试数据的处理数据的输出一、样品的准备1取一定量的样品放入干净的样品管中，一般1H谱取5mg左右；13C谱取20-50mg左右；液体样品氢谱加一滴，碳谱5-10d左右。2加入一支氘代试剂（约0.5ml）3盖上样品管，轻轻摇动，使其溶解；4将样品管插入转子中，用定深量筒控制样品管的高度。（切勿过深）二、样品测试1进样将样品管（注意：仔细检查样品管是否完整无损）插入转子，并在转子中定好位置（使溶液正中位于5MM标线的中心）。注意：由于有些样品管不够规范，如果有的样品管颈过细，插入转子后松动，请在样品管与转子的连接处（上端）贴一个小的胶纸，防止样品管落入核磁样品室内破碎。2先打开样品腔的上盖（切记）在TOPSPIN操作界面命令行输入命令:EJ（开启气流）回车ej3放入样品当听到气流的声音时，将插入转子的样品连转子一起放入磁体顶部的进样口。注意：在放样品时，核磁管要保持垂直状态，以免折断核磁管于探头中；严禁未开气流直接将转子丢进样品室以及将空转子放入。4IJ（关闭气流/放入样品）命令框输入命令:IJ回车（关闭气流/放入样品）等待片刻，当样品的状态窗口显示为“”时，说明样品放在合适的位置。5新建实验命令行输入命令：NEW回车实验建立对话框依次输入样品名，实验号(默认1），处理号（默认1），选择USER（选择由实验室建立的相应课题组名），选择所用溶剂，选择实验路径:C:/Bruker/topspin/exp/stan/nmr/par标准实验的路径，第二个选择实验，1H，在下拉菜单中选择PROTON；13C，在下拉菜单中选择C13CPD；31P，在下拉菜单中选择P31CPD。选择实验选好后，点击OK可在这里对样品信息进行注释在命令框中输入命令：getprosol（回车）。注意:该命令一定要输，没输则采样没有数据命令：getprosol在命令框中输入命令：lock（回车）命令：lock选择所用氘代试剂，然后点击对话框OK氘代试剂选择对话框注意：在选完氘代试剂进行锁场后，一定要等出现lockn:finished后（锁场完成），才能进行以后的步骤。锁场完成刀场：在命令框输入topshimtunea命令（回车）刀场命令调谐与匹配：在命令框输入命令atma(回车）调谐与匹配根据需要修改采样次数：在命令框输入命令NS（回车），默认采样16次，可根据需要进行修改采样次数修改增益设置：在命令框中输入命令rga（回车）进行增益自动设置。rga采样：在命令框中输入命令zg(回车），进行采样,得到FID信号。zg“tr”：采样过程中保存FID，采样继续“stop”：停止采样，不保存FID6取样采样完成后，在命令框中输入命令EJ（回车）弹出样品，等样品弹出后，取出转子，更换样品或取出样品，然后在输入命令IJ（回车）关闭气流（更换样品则换好样品后，按前面3的步骤开始操作）三、数据处理对原始数据（FID信号）进行傅里叶变换、相位校正、标峰和积分等。在命令行中依次输入：“efp”进行傅里叶变换“apk”进行自动相位校正标峰：点击工具栏中的图标“”，进入标峰窗口，进行标峰，点击“”，保存，退出积分：点击“”，进入积分窗口。从谱图的左边第一个谱峰开始积分，按住鼠标左键，拖动光标到谱峰右边，然后释放鼠标，重复积分剩余的谱峰。点击“”，保存。四、数据输出1.图形格式（*.pdf)点击工具栏中的“”，进入画图界面图形的编辑：在谱图显示区点击鼠标右键，选“EDIT”X轴的范围Y轴的范围坐标轴的显示网格线单位标峰积分点击鼠标右键选“1D/2D-EDIT”谱图整体上下移动谱图整体左右移动横坐标范围的扩大或减小纵坐标的过大或减小谱图保存：点击file菜单栏下的“export”，保存谱图到指定的位置：保存为pdf格式。2.数据形式（*.txt)在命令行中输入：“convbin2asc”，把原始数据转化为txt格式“expl”：调出该文件,文件名为ascii-spec.txt，复制即可核磁使用注意事项：1.请不要随意关闭核磁谱仪计算机上已经打开的任何窗口，不要试图删除和修改任何文件,不要随意的进行参数的修改。2.使用优质样品管（不得使用已出现裂纹、或管口破裂的核磁管）。3.样品管外壁要擦干净,防止有溶剂或其他杂质落入样品室。4.样品管内液面高度应在4CM或以上（约0.5ml溶剂），否则，难以刀场，而且谱图峰型不好。5.样品溶液要经过过滤，不要将固体带入核磁管。6.样品管放入样品室前,必须听到有气流的声音，并且感觉到样品和转子已经被气流托住后再松手将样品放入到样品室中，应防止在没有气流时将样品管放入，这样会直接落入样品室导致样品管破碎。7.不要带任何铁器进入实验室。8.只有放入样品管后，才能回到计算机前用鼠标按确定按钮。9.心脏起博器、手表、信用卡、磁盘等不得带入实验室，出现任何问题，本实验室概不负责。10.电脑主机严禁插入U盘，若出现电脑硬件或者数据损坏，将追究其责任。