1．实验目的

1)了解核磁共振仪的基本结构、原理。

2)熟悉样品的配制要求及核磁共振仪的一般操作过程。

3)学会核磁共振谱的解析，了解溶剂对¹H NMR谱的影响。

2．实验要求

1)提供的样品要纯，不含铁磁性物质，否则会干扰磁场。

2)如有必要要进行除氧处理。

3)实验所用的试剂必须为氖代试剂，氘代试剂由实验教师提供。

3．注意事项

1)磁性物品如钥匙、手机、机械表、硬币、银行卡等都应放在远离磁场5Gs线外的地方，防止对磁场强度产生影响或由于磁场的作用对手机、机械表、银行卡等产生消磁作用。

2)应换拖鞋后才能进入实验场所，在超导磁体5Gs线外进行相关操作。

4．实验仪器、设备名称及主要实验参数

瑞士BRUKER DRX 300 MHz 超导核磁共振仪，其实验参数如下：

PULPROG(pulse program，脉冲程序):zg30;

NUC1(¹H)所测的原子核)：氢核；

SWH (sweep with，扫描宽度):6002.6Hz;

SW(sweep with，扫描宽度)：20ppm;

TD(time domain data size，时间域数据大小):32768;

PI (pulse width，脉冲宽度)：7.9 us;

pll(pulse power level，脉冲功率)：1.0dB;

D1 (pulse delay，脉冲延迟)：2.0s;

AQ(acquisition time，采样时间)：1.5s;

RG(receiver gain，接收机增益):50～100;

SF01(transmitter freq，发射机频率)：300.1322465MHz；

NS(number of scans,累加次数)：32；

DS(number of dummy scans，空扫次数):2。

5．实验辅助设备

空气压缩机、UPS电源、计算机操作系统。

6．样品准备过程中注意事项

测试样品的初始状态既可为固态也可为液态，如果关注的是样品的结构，样品纯度越高越好。在分离提纯过程中可能会在样品中残存一些溶剂或硅胶颗粒，在转移过程中可能由于金属药勺刮擦反应器而带入金属颗粒，因此样品在分析前最好充分干燥，配好样品溶液后最好过滤后再转移至核磁管中，以除去溶液中悬浮的硅胶末、灰粉及铁磁性物质等，有利于在匀场过程中获得均匀稳定的磁场，避免产生谱线展宽或顺磁位移。

样品要选择合适的溶剂，有较好的溶解度。样品不应与溶剂发生化学反应、缔合或其他化学变化。核磁共振样品溶剂都是氘(D)代试剂，主要为锁定磁场，防止磁场漂移。此外，氘代试剂中残存的1H谱不要干扰样品峰，以免引起解析困难。DMSO-d6是很好的有机溶剂，但它含有一些水分。如样品中有活泼氢，活泼氢会和水交换使活泼氢信号消失。DMSO-d6能和醇或糖中的羟基形成氢键而抑制交换，使羟基能同a-H偶合而产生多重分裂。DMSO-d6黏度较大，匀场困难，其残存的¹H信号(δ 2.50ppm)的五重峰分裂不好。D₂O是常用溶剂，样品中的活泼氢会被D取代，使活泼氢信号消失，而交换到水峰中去。苯-d6,吡啶-d5、CD₃－CN会使样品分子产生选择性化学位移，这些溶剂位移往往可达0.5ppm以上。

在进行变温实验时，要注意选择氘代溶剂的沸点和熔点。

核磁共振样品管一般为φ5mm样品管，长度为20～25cm，样品管要平直、均匀无气泡，以保证在探头中自由旋转。样品管使用前一定要用蒸馏水洗净、烘干，不要用乙醇或洗液洗涤，防止残存乙醇或顺磁离子干扰谱。

对氢谱而言，溶液的浓度对谱影响较大，在配制样品时，首先称量样品2mg左右加入样品管，再加入0.5mL氘代试剂，盖上塑料管帽，轻轻振荡几下即可。必要时可加入半滴TMS或几粒粉状DSS基准物质。

7．实验步骤

1)样品配制：用一次性针管吸取少量乙醇，滴一滴于样品管内，加入0.5mL氘代氯仿，得到清澈透明的溶液。用绸布擦拭样品管外壁，防止样品管外沾有溶剂或所测样品污染核磁共振仪探头。

2)打开压缩空气泵，确保干燥的压缩空气畅通。

3)揭开核磁共振仪上方样品入口的保护盖，然后按下“lift on/off”(位于BSMS板上)键，听到气体进入的声音，并看到气体将核磁共振仪腔体中原有的标准样品管托出，拿住样品管部分(注意不要碰贴有黑白标记的样品管套管，以防止其表面被污染)，再次按下“lift on/off”键关闭载气。取出核磁管套管中的标准样品管，换上待测样品管并将装有样品的核磁管及其套管置于高度计中，以确保核磁管内样品的高度符合实验所需的高度要求。再次按下“lift on/off”键，听到载气声后将样品置于核磁共振仪腔体的入口处并再次按下“lift on/off”键，将样品管平稳送入核磁共振仪的腔体中，听到“喀哒”一声响后即可继续进行下一步操作。

4)敲击“lock”，然后按下“」”(return)，选择氘代氯仿(CDC1₃ )溶剂进行锁场，待自动锁场完毕后将会看到BSMS板上的LOCK ON/OFF键不再闪烁。另外敲入“lockdisp”，可以看到lockdisplay屏幕上的两条锁场线重叠在一起并且上升到一定的高度，说明自动锁场完毕。

5)匀场：匀场的目的是保证样品中每一个核子所受到的磁感应强度都是相同的。常见的匀场线圈主要有以下几种：与z轴有关的线圈，Zl,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6;与xz有关的线圈，X,XZ,XZ2,XZ3,XZ4,X3,X3Z；与yz有关的线圈，Y,YZ,YZ2,YZ3,YZ4,Y3,Y3Z；高阶项线圈，(X2-Y2),(X2-Y2)Z,(X2-Y2)Z2,(X2-Y2)Z3,XY,XYZ,XYZ2,XYZ3。由于磁体长期运转并一直处于锁定状态，因此在匀场过程中，当样品管不旋转时，只调节X,XZ和Y,YZ即可。当样品管旋转时，只调节Z1,Z2,Z3,Z4即可。在匀场过程中一般只需要将Z1和Z2调至最大，其他可以不动。另外在调节过程中应始终打开BSMS板上的“fine”键以保证电感电流达到最大值，使匀场的灵敏度达到最大。匀场结束后即可进入样品测试阶段。

6)建立数据文件：在一已记录的1HNMR谱的窗口内，在键盘上敲入指令"edc" ,“」”，屏幕上出现以下参数：

NAMEyl；EXPNO1；PROCNO1；DU E ;\USERyang

只须将PROCNO 1改为PROCNO 2即可，待一切完成后点击所在窗口中的"Save”，键，保存当前设置参数。

7)确立数据文件：确立数据文件在edc窗口内，在键盘上敲入指令“eda”，这时屏幕上出现一系列实验参数。检查如下一些主要参数：P1(脉冲宽度)=7.9us;pll(脉冲功率)=1.0dB; Dl(脉冲延迟)= 2.0s; PULPROG(脉冲程序);zg30。完
成后点击“Save"键，保存当前的参数数据，屏上出现NEW ID DATA SET。

8)采样：在键盘上敲入指令“rga”,“」”，待机器运行不再看到BSMS板上指示灯闪烁，并在屏幕下方显示rga finished，随即敲入“rg" (receiver gain)指令以确定RG的数值大小。改变NS的数目为4, DS的数目为2。随后先敲“a"或“acqu"(acquisition window)再敲“zg" (zero and go)开始运行，这时应能看到时间域的FID(free induced decay)信号。运行结束后，FID信号应刚好充满全屏，既不能溢出，也不能不满。如果溢出则需减小RG的数值，反之则增加RG的数值。改变NS=16，重新采集数据，得到符合要求的时间域核磁共振信号，即可进行数据处理。

8．实验处理及谱图解析

(1)傅里叶变换

在键盘敲入指令"efp", "」"，就会看到一张相位并不是完全准确的核磁共振谱。

(2)相对相位的校正

用鼠标点击屏上左端“＜＞”得到全谱，然后点击“phase"，随后用鼠标点击"ph0”将峰的相位调整对称。如ph0不能将峰的相位调整对称，用鼠标点击"phl"，将整个谱的相位调节好。

(3)定标

样品中如加入基准物质，如TMS(有机溶剂),DSS(水性溶剂)，用鼠标双击将参比物峰放大，将箭头置于参比物峰尖端，点击“Calibrate"，输入0.0值即可。样品中不含参比物。可用氘代试剂残存的¹H峰作为标准。如氘代氯仿，用鼠标双击氘代氯仿残存的¹H峰将其放大，将箭头置于峰的尖端，点击“Calibrate",输入7.28值即可。这样核磁共振谱的化学位移值以TMS为准。

(4)谱峰积分

选择谱图中一尖单峰(最好是CH的质子峰)，用鼠标双击将此峰放大，点击屏左端“integrate"指令，点击鼠标的左键，出现短箭头，将短箭头放置在峰左端合适位置，点击鼠标的中键将短箭头固定，移动短箭头到峰右端合适位置，点击鼠标的中键，这时谱峰出现积分线和积分数值。按此方法依次对谱图所有峰进行积分。

(5)确认打印谱范围

用鼠标点击屏上左端“＜＞”得到全谱，点击鼠标的左键，出现短箭头，将短箭头放置全谱左端合适位置，移动短箭头到全谱右端合适位置。点击屏左端dpl指令及多个“」"，这时就确定了打印谱范围。

(6)确认打印谱峰的高低

在键盘上敲入指令“view",即可看到预打印谱的高度是否符合要求，若谱过高或过低，可调节cy数值的大小以进行调整。

(7)谱解析

以图18-1为例，图最右端δ0.0ppm处即为TMS峰。δ1.24ppm(中心位置)的三重峰(受CH₂分裂)为CH₃峰。δ1.93ppm及δ1. 97ppm处为氘代氯仿中的水与乙醇中羟基的混合峰，由于交换不完全而出现双峰。δ3.71ppm(中心位置)的四重峰(受CH₃分裂)为CH₂峰。δ7.28ppm为氘代氯仿残存的¹H峰。甲基(CH₃)的积分面积为1.59，亚甲基(CH₂)的积分面积为1.00, CH₃, CH₂的面积之比近似为3：2，则它们的氢核数之比为3：2, CH₃,CH₂谱峰存在倾斜效应，它们是偶合对。根据谱分析，确定所测化合物为乙醇。

(8)打印谱

点击屏左端“plot"指令或键盘上敲入指令“plot" , "」"，即可打印出一张符合要求的核磁共振实验谱。

9．实验报告及要求

1)实验报告必须写明日期、学号、姓名及合作者；

2)采用标准实验报告纸或A4白纸，使用钢笔或签字笔单面书写；

3)实验内容包括实验目的、基本原理、仪器的名称、型号、实验步骤、实验结果及数据处理、谱分析等；

4)要附上原始核磁共振谱；

5)实验报告要装订成册，标明页码。