- 儀器分析實驗
- 郭明 吳榮暉 李銘慧 俞飛主編
- 1883字
- 2020-05-07 11:42:38
6.3 實驗技術
6.3.1 樣品的制備
測定時一般采用液體樣品，固體樣品需用合適的溶劑配成溶液，使其不含有未溶解的固體微粒、灰塵或順磁性的雜質，且具有良好的流動性，常用惰性溶劑稀釋，以避免導致譜線加寬。理想的溶劑要求不含被測的原子核，沸點低，對試樣的溶解性能好，不與樣品發生化學反應或締合，且吸收峰不與樣品峰重疊。CCl4無1H信號峰，價廉，是測定1H譜常用的溶劑，而在精細測定時，可采用氘代溶劑，如D2O、CDCl3等。不同溶劑由于極性、溶劑化作用、氫鍵的形成等而具有不同的溶劑效應。
6.3.2 標準參考樣品
測定試樣的化學位移δ必須用標準物質為參考，按加入的方式可分為外標（準）法和內標（準）法。外標法是將標準參考物裝于毛細管中，再插入含被測試樣的樣品管內，同軸測定。內標法是將標準參考物直接加入樣品中測量，以抵消磁化率的差別，內標法優于外標法。內標物應具有較高的化學惰性、易揮發、便于回收且有易于辨認的譜峰。對1H及13C譜，四甲基硅烷（TMS）是一個較理想的內標物，它有12個等價質子，只有一個尖銳的單峰。它的峰出現在高場，人為地規定其δ為零。一般化合物的譜峰常出現在它的左邊，δ為正值，若在其右邊出峰，δ為負值。TMS化學惰性，沸點較低（26.5℃），易回收。在高溫操作時，則需改用六甲基二硅醚（HMDS）為內標物。在D2O做溶劑的樣品測量時，由于TMS不溶于水，應選用4，4-二甲基-4-硅代戊磺酸鈉［（CH3）3SiO3Na，DSS］為內標。測定不同核所用的內標物不同，如對于31P核，用85%磷酸。內標物的用量應視試樣量而定，測1H用四甲基硅烷（TMS）為內標時，一般制備0.4mL約10%樣品溶液，加1%～2%TMS。
6.3.3 譜圖解析
從核磁共振圖譜上可以獲得三種主要的信息：①從化學位移判斷核所處的化學環境；②從峰的分裂個數及偶合常數鑒別譜圖中相鄰的核，以說明分子中基團間的關系；③積分線的高度代表了各組峰面積，而峰面積與分子中相應的各種核的數目成正比，通過比較積分線高度可以確定各組核的相對數目。綜合應用這些信息就可以對所測定樣品進行結構分析和鑒定，確定其相對分子質量，也可用于定量分析。但有時僅依據其本身的信息來對試樣結構進行準確的判斷是不夠的，還要與其他方法相結合。
①化合物的結構信息
a.共振吸收峰的數目 提供分子中質子的不同類型情況。
b.共振吸收峰的位置 提供每種質子的電子環境，即鄰近有無吸電子或推電子的基團。
c.共振吸收峰的強度 提供各類氫核（各基團）的數量比。
d.共振吸收峰的裂分情況 判斷相鄰碳原子上氫核數、質子類型情況，以及所處化學環境。
②解析順序
a.了解清楚樣品的基本情況，以便對樣品有大概的認識；檢查基線是否平穩，檢查內標物TMS峰位是否準確、正常；積分曲線在無峰處應平直，區別溶劑峰、雜質峰。
b.根據化合物分子式，計算不飽和度，確定不飽和單元，然后根據積分曲線高度算出各個信號的對應得H數。可能條件下，宜在δ×10-6的區域先找出如CH3O—、
、CH3—Ar、CH3CO—、
、CH3—C—等孤立的CH3基（3H，S）信號，并按其積分曲線高度去復核其他信號相應的氫數，算出氫分布。
c.根據化學位移、耦合常數等特征，識別一些強單峰及特征峰。對于含活潑氫的未知物，可對比D2O交換前后光譜的改變，確定活潑氫的峰位及類型。
d.若在化學位移δ（6.5～8.5）×10-6的范圍內出現強的單峰或多重峰，往往要考慮其是苯環上氫的信號。根據這一區域氫的數目，可以判斷苯環的取代數。
e.參考化學位移、小峰數目及耦合常數，計算δ、J，確定圖譜中耦合部分。由共振峰的化學位移及峰裂分，確定歸屬。解析比較簡單的多重峰，根據每組峰的化學位移及相對應的質子數，推測本身及相鄰的基團結構。
f.對難解析的高級耦合系統，如有必要，可換用不同的溶劑再測定一次，有時由于化學位移的變化，共振譜會簡化。如果條件允許可加入位移試劑或采用去耦實驗、NOE（核的Overhauser）測定等特殊技術，或改用強磁場NMR儀測定，以利簡化圖譜，方便解析。
g.通過以上幾個程序，一般可初步推斷出可能的一種或幾種結構式。然后從可能的結構式按照一般規律預測可能產生的NMR譜，與實際圖譜對照，看其是否符合，進而推斷出某種最可能的結構式。
應用示例：某化合物的化學式為C9H13N，其1H-NMR譜如圖6-7所示，試推斷其結構。
圖6-7 化合物C9H13N的1H-NMR譜圖
解：①計算不飽和度
②根據譜圖上的積分曲線高度計算每組峰代表的氫核數。
因不飽和度為4，且在7.2處有共振峰，表明有苯環存在，且苯環有5個質子，表明為單取代苯環。
③代表2個1H的δ3.4/ppm吸收峰為亞甲基，而6個氫的δ3.4/ppm的吸收峰為兩個亞甲基，且均為單峰，表明兩者與之直接相連的原子上無氫的存在，兩者沒有直接相連。
④根據分子式C9H13N可知結構中有一個N存在。因甲基與亞甲基沒有直接相連，故可初步判定分子中有—CH2N（CH3）2存在。
⑤結合以上推斷，此化合物可能的結構為
