核磁共振波谱实验
实验人：王壮
同组实验：刘向宇、罗辉、曾知行 实验时间：2016.5.16
一、实验目的
1. 掌握核磁共振波谱法测定化合物的结构。 2. 掌握核磁共振波谱仪的使用方法。 3. 掌握核磁共振波谱图的解析方法。
二、实验原理
1、核磁共振的原理
核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场B0作用下的进动。根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：
1216质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数I?0，如C，O。
1317质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数，如H，C，O。
1质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数，如H，14N。
113原则上，只要自旋量子数I?0的原子核都可以得到NMR信号。但目前有实用价值的仅限于H、C、
2F、31P及15N等核磁共振信号，其中氢谱和碳谱应用最广。
I?0的原子核作自旋运动时产生磁矩，在外磁场B0中有有2I?1个不同的空间取向，分别对应于2I?1个能级，也就是说核磁矩在外磁场当中的能量也是量子化的，这些能级的能量为
hE???z?B0?????m?B0
2?根据选择定则，能级之间的跃迁只能发生在?m??1的能级之间，此时跃迁的能量变化为
h?B0 ?E???2?当射频辐射的能量h?0??E,就发生共振跃迁，这就是裸核在磁场中的行为。
实际上，核外有电子绕核运动，电子的屏蔽作用抵消一部分外加磁场。原子核实际感受到的磁场强度为(1??)B0，核磁共振的条件为
h?E????(1??)B0
2?式中，?为屏蔽常数。
19由于屏蔽作用，原子的共振频率与裸核的共振频率不同，即发生了位移，称为化学位移。化学位移用?表示。若选择某一标准物质，将它的化学位移定为零，则其它化合物的化学位移都可以与这一标准物质相比较，表示为
?????试样标准?106ppm
?标准式中，?试样为试样中被测定磁核的共振频率；?标准为标准物中磁核的共振频率。
?为无量纲常数，是一个与磁场强度无关的数值。常选用的标准物质是四甲基硅烷(TMS)，
在氢谱和碳谱中，把它的化学位移定为零，在图谱的右端。大多数有机化合物核磁吸收信号在谱图上都位于它的左边。
磁性核之间的相互作用使共振峰分裂成多重线，这一现象称为自旋-自旋偶合。偶和强度J用多重谱线的间隔(以Hz为单位)表示。多重谱线的数目为2nI?1，式中，n为被讨论的核相邻的磁性核的数目；I为相邻磁性核的核自旋量子数。对于质子来说，因为I?1/2，所以谱线数目等于n?1，多重线内各峰的强度可根据简单的统计方法求出，与二项展开式的系数成比例。也就是说，一个邻近质子使被讨论核的共振峰分裂成双线（1：1），两个邻近质子产生三重线（1：2：1），三个邻近质子产生四重线（1：3：3：1）等。例如，CH3CH2I的核磁共
振谱图中看到??1.6?2.0处的\\?CH3峰是三重峰，在??3.0~3.4处的?CH2峰是四重峰，其原因是分子中存在两种质子，即甲基上的质子(Hd)和亚甲基上的质子(Hc)，甲基上的质子、
Hd除了受外磁场作用外，还受到相邻碳原子上质子Hc的影响。
三、仪器与试剂
仪器：Thermo PICOSPIN 80 核磁共振波谱仪，注射器 试剂：未知试样，去离子水。
四、实验步骤
1. 打开仪器以及电脑；
2. 在电脑上打开IP地址：192.168.42.31
3. 先用蒸馏水做核磁共振氢谱图，获得稳定的峰之后，同样品进行测试； 4. 用未知样品测试三次，直到获得峰没有杂峰的影响； 5. 分析谱图。
五、实验结果
图1.样品核磁共振谱图
从图像可知共有3个峰表示样品中有3中化学环境不同的氢，化学位移大致为(H1,?4.5)、
(H2,?2.3)、(H3,?1.6)。峰面积之比为2:3:3，初步判断所测样品为乙酸乙酯，其结构如下
(1)处的氢没有邻氢，所以不裂分，在图上为第二个峰，（2）处的氢所连的碳上连有氧原子，由于氧的电负性大，导致（2）处的氢化学位移较大，并且（3）处的氢对（2）氢有偶合作用，使其裂分为四重峰，在核磁共振谱图上第一个峰是（2）氢产生的型号。（3）氢被（2）氢裂分为三重峰，谱图上为第三组峰。这也验证了，所测的位置样品为乙酸乙酯。
六、注意事项
使用过程中，应防止液体的外泄等，以免造成仪器不能正常工作，发生停机事故，损害仪器。
七、思考题
1. NMR中化学位移是否随外加磁场改变而改变，为什么？
答：化学位移是依赖于磁场强度的。为了使化学位移不依赖于磁场强度，通常用?来表示：
??(?样品??TMS核磁共振仪所用频率)?106
2.核磁共振波谱图的峰高是否能作为质子比的可靠量度？积分高度和结构有什么关系？
答：不能。峰的高度代表了不同环境的氢对辐射的吸收的强度。在（n+1）规则下，当n=1时，各峰比例为1:1；当n=2时，为1:2:1等等，符合二项式展开系数比。