实验室分析仪器--液体核磁共振实验操作基本过程

采用脉冲傅里叶变换核磁共振(pulse and Fourier transform NMR)波谱仪可以使所有的磁性原子核同时发生共振,高效率地实现和完成核磁共振过程,与连续波仪器比较,使核磁共振谱图的记录能够在较短的时间内完成。 

液体核磁共振实验的基本操作包括样品的准备、检测前仪器的调试、实验参数的设定锁场、调谐、匀场、数据采集和处理等几个步骤。在进行核磁共振实验时,禁止携带磁性卡、金属物品(如机械手表、钢瓶、钳子等)以及安装有心脏起搏器者进入检测区域,以避免造成不必要的人身危险和财产损失。

1.样品的准备

做核磁共振实验所需样品要比较纯,一般情况下,纯度要求达到95%以上。为了得到分辨率很高的图谱,一般情况下,应将样品用溶剂溶解。溶液的浓度视仪器的灵敏度、化合物的分子量以及所测核磁共振图谱的类型而定。样品在氘代溶剂中应有较好的溶解性和稳定性。用于检测的样品溶液中应避免有悬浮物和顺磁性物质(如Fe³⁺、Cu²⁺等)。核磁管中的样品溶液应保持一定高度,以满足检测要求,通常高度为4～5cm。由于核磁共振氢谱检测的是样品分子中的氢原子核,因此,做核磁共振图谱测试所用溶剂本身最好不含氢,含氢的溶剂应是重氢试剂。常用的溶剂有:CCl₄、CDCl₃、D₂O、DMSO-d₆、CD₃COCD₃、CD₃OD、C₆D₆、C₅D₅N、CD₃CN等。

2.检测前仪器调试

检测前应检查所有与仪器相关的电源和供气系统处于打开状态。磁体中的液氮、液氦液面高度处于安全范围。检查仪器的温度控制系统,特别是探头的温度控制能够满足检测需求。

3. 实验参数的设定

将样品放入磁体后选择需要检测的一维实验(如¹H或¹³C)或二维实验,每一个核磁实验都有相应的标准脉冲序列所对应。应根据实验需要调整检测谱图宽度、扫描次数、相循环次数、弛豫时间、接收机增益值等重要参数。

4.锁场

为了保证磁体所提供的静磁场频率不产生漂移,探头通过锁场通道不断发射共振频率来激发氘代溶剂产生氘信号,通过对氘信号的实时监测,实现对磁体频率漂移的补偿。应根据不同氘代溶剂选择相应的锁场参数,通常仪器工作站软件会提供一个观察氘信号的窗口。

5.调谐

通过对探头进行谐振调谐(tuning)和阻抗匹配调节(matching),实现谐振回路中谐振频率与谱仪发射到探头上的脉冲频率完全一致,使探头能够接收所有的发射功率,从而获得较好的信噪比。一般仪器工作站软件会提供一个调谐窗口,通过“V”字形曲线左右和上下移动进行谐振调谐和阻抗匹配调节。

6.匀场

调节匀场线圈中X,Y,Z,Z²,XY,XZ,YZ等不同方向的磁场梯度来补偿静磁场的不均匀性,从而获得分辨和灵敏度均满意的测试结果。

7.数据采集和处理

仪器采集到的正常核磁共振信号是以指数形式衰减的自由衰减信号(FID),自由衰减信号是一种时域信号,通过傅里叶变换(FT)可以将时域信号转换成频域信号用于结构分析。数据处理过程包括傅里叶变换、相位调整、化学位移定标、标峰,一维核磁共振氢谱图的理还包括积分过程。