你真的了解核磁共振波谱仪NMR吗?

学术   2024-11-14 15:58   上海  

文章来源于Quantum Design


台式设计,无需液氦

高性能、易操作、易维护

多种功能:1H, 7Li, 13C, 19F, 31P, 19Si, 23Na, 59Co…







众所周知,核磁共振波谱仪NMR是分子结构测定的重要仪器,可对各种有机和无机物的成分、结构进行定性定量分析,已成为化学、生物、药学、医学、农业、环境、矿业、材料以及物理等学科中必不可少的表征设备。


目前核磁技术按磁体结构主要分为:超导核磁和台式核磁两种。传统超导核磁技术由于高昂的购置成本和后期维护费用以及苛刻的实验环境,使得众多科研工作者望而却步。伴随着核磁共振波谱仪的发展,台式核磁越来越受研究者的青睐。针对于此,Quantum Design公司推出Anasazi 科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR。该设备是一款性能优异的台式核磁,无需使用液氮和液氦,其价格仅为超导核磁的1/3-1/2,几乎没有维护成本,也无需专门的人员看护使用,让每一间实验室都能轻松体验核磁共振的强大分析能力。


ANASAZI EFT系列核磁共振波谱仪




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科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR优势:


采用AlNiCo的永磁体,无需使用液氮和液氦,后期维护成本极低;永磁体使用的AlNiCo为国防级别的磁体材料,其稳定性得到科研工作者的一致认可。


可以实现快速测试:H谱单次测量小于10s;


强大而全面的双通道宽带探头,可以测1H/13C/19F/31P等等不同核子以及一维和二维谱图,如H谱、C谱、H-H COSY谱和HETCOR等;


基于EFT系列核磁共振波谱仪测量得到的数据已多次发表在国际高水平的期刊和杂志上,如J Am Chem Soc;J Med Chem;Chem Mater;Org Lett等。



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小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR技术干货:

揭秘90°脉冲宽度校准技巧:


如何选择合适的核磁脉冲宽度以实现质子翻转角度为90°至关重要。因为 90°的翻转角度可产生最大的可测量信号,这对于获得高质量的 NMR 谱图非常重要。以下将以美国Anasazi研发的科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR详细阐述如何找到样品的90°脉冲宽度


90°脉冲宽度校准测量:


这种校准方法很简单:用不同的脉冲宽度值激发原子核并收集响应。信号强度与翻转角的正弦值成正比。下图是各种脉冲宽度/翻转角的测量信号:


值得注意的是,零值比峰值更容易确定。因此,测量正确脉冲宽度时,应该首先测量360°对应的脉冲宽度,然后将结果除以4计算出90°脉冲宽度。


已校准脉冲宽度,但NMR信号依然很弱,为什么?


90°脉冲宽度应该可以产生最大信号。但如果我们发现信号很弱,很可能测得的零点不是 360°的,而是 180°的零点。


如果我们校准的脉冲宽度很小,可能会根据 180°对应的零点进行校准。如果是这种情况,那么我们实际使用的是450°脉冲宽度,这也可以解释信号较弱的原因。


为了验证校准后的脉冲宽度的准确性,我们可以进行以下快速实验:


1) 将实验中获得的脉冲宽度值加倍并重新采集信号。如果信号增强,则意味着我们已修复了问题,并获得了90°脉冲宽度值,无需重新进行脉冲宽度校准实验。

2) 以3倍脉冲宽度值(270°脉冲宽度)进行实验。如果90°和 270°的信号强度相等但相位相反,则我们得到的是正确的 90°脉冲宽度。


DEPT NMR vs APT NMR:如何解构分子密码


DEPT NMR(无畸变极化转移13C-NMR)和APT NMR(附着质子13C-NMR)都属于13C-NMR实验,都可以揭示分子中某个碳原子连接的质子数,因此,可以有效区分伯碳(甲基,-CH3基团)、仲碳(亚甲基,-CH2基团)、叔碳(次甲基,-CH基团)或季碳。对于复杂分子的NMR谱图,选择哪种方法主要取决于研究者想要获得的信息。


DEPT NMR优势


DEPT是一种极化转移实验,弛豫时间由质子而不是碳的T1控制。而质子的T1弛豫时间通常比碳原子核的T1弛豫时间短很多,因此,DEPT NMR实验可以有效节省时间。 


DEPT NMR有多种变体技术:DEPT-45、DEPT-90 和 DEPT-135。运行两个或多个DEPT 实验可以比 APT 更有效地区分-CH 和-CH3


DEPT NMR波谱解析


在NMR波谱仪上,可以使用单个命令 (DEPT) 采集并自动处理三个波谱(DEPT-45、DEPT-90 和 DEPT-135)。下图显示了美国Anasazi 科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR的标准DEPT序列的三个波谱。


1. DEPT-90中仅显示CH峰。

– 如下图 DEPT-90波谱中2、3、4均为CH峰。

2. DEPT-135中CH和CH3峰均指向上方,CH2峰指向下方。

– CH3会在DEPT-135中向上出现,而不会在DEPT-90中向上出现,这是辨别CH3 的一个方法,如DEPT-135波谱中的CH3 ( 8 ),– CH2峰在DEPT-135中均为倒峰( 6 和 7 )。

3. DEPT-45中CH,CH2以及CH3峰均指向上方


DEPT NMR波谱

DEPT NMR缺点


DEPT-135、DEPT-90 和 DEPT-45可以有效确定伯碳、仲碳和叔碳。但是DEPT 谱图中不存在季碳的峰,这是 DEPT 序列的主要缺点。  

APT NMR优势


APT的主要优点是包含季碳峰(没有直接连接质子的碳原子核)。下图为苯甲酸丙酯APT 实验的NMR波谱。在APT实验中,收集和处理数据所需的时间与运行单个13C-NMR实验相同。APT实验的优势是可以获得所有峰的化学位移信息以及附加质子的多重性,这样可以在实验室中节省大量时间。


APT NMR波谱解析


下图是美国Anasazi 科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR上使用的标准 APT 序列的结果,可以使用单个命令 (APT) 采集并自动处理波谱。与 DEPT 实验类似,CH (2、3 和 4 )和 CH3(8 )的峰朝上,而 CH2(6 和 7 )的峰朝下。此外,没有直接连接质子的C(1 和 5 )的峰也向下。



APT NMR波谱


APT NMR缺点


APT 实验的主要缺点与标准的13C-NMR谱图的缺点类似。由于质子化碳的T1相对较短,而非质子化碳需要 60-90 秒才能弛豫。因此,没有直接连接质子的碳(1 和 5)的峰总是较小。APT 实验不区分CH和CH3峰,但可以区分CH2峰。

如何选择DEPT或APT?


DEPT 和 APT 都是结构分析的有效方法。DEPT-45、DEPT-90 和 DEPT-135显示伯碳、仲碳和叔碳,但不显示季碳。APT 显示伯碳、仲碳、叔碳和季碳,但不像 DEPT 那样区分甲基碳和次甲基碳。  

在实际实验过程中,我们可以根据需要辨别的碳原子核,来确定使用DEPT或者APT技术。


本文中的实验数据均来自于美国Anasazi研发的科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR。该设备采用台式设计,无需液氦,操作简单、维护成本低,一经推出,便受到广大科研用户的关注,测得的数据已多次发表在全球知名化学类期刊杂志上,如J Am Chem Soc; J Med Chem;Macromolecules等,并已得到全球800多家科研院校和机构的信任和认可。



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小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR应用案例:

NMR测试案例之生物碱化合物“士的宁”:


科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR的磁场强度可高达90 MHz,在同类产品中属于佼佼者,其性能也受到广大科研工作者的一致认可。下面以复杂的生物碱化合物“士的宁”为例:

90 MHz 1H-NMR,士的宁/CDCl3, 测试时间2分钟


13C-NMR,士的宁/CDCl3, 测试时间20分钟


DEPT谱,士的宁/CDCl3, 测试时间60分钟


COSY二维谱,士的宁/CDCl3, 测试时间20分钟






NMR测试案例之电解液:

科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR在电池领域也有着广泛的应用。国内某先进的汽车制造商材料研发中心主要研究电解液中的多种原子核。传统核磁共振设备面临专人维护及每年十几万的维护费用,严重超出了客户的预算。同时,客户实验室缺乏放置超导核磁仪器的位置,通常需要将样品送至超导核磁共振实验室(600 MHz),其过程耗时耗力,一定程度上影响了实验进度。


Anasazi EFT系列科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR是市场上磁场较高的永磁性核磁共振波谱仪,可适应多种环境,结合磁场稳定性、卓越的分辨率和先进的低噪声数字设计,客户最终选择Anasazi Eft-90核磁共振波谱仪。该核磁共振波谱仪支持多种原子核检测,已帮助客户实现如下原子核的核磁共振实验:1H、7Li、10B、11B、13C、19F、23Na和31P。

7Li原子核的核磁共振弛豫时间T1图谱



NMR测试案例之锂离子研究:


我司的Anasazi EFT系列核磁共振波谱仪在锂离子研究领域也非常成熟,不仅可以研究锂离子电池中的7Li,还可以深入研究其同位素6Li,部分测试图谱如下:

6Li原子核的核磁共振图谱

核磁共振图谱:6Li和7Li原子核对比研究









全球目前已经有超过800科研用小型无液氦核磁共振波谱仪-NMR运行在各大顶尖高校、研究所、高科技企业里,为各个行业的技术及研究工作不断发展提供强有力的支持。

以上为部分国内高校用户



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化学加
业界明星号,投稿 gongjian@huaxuejia.cn;合成化学产业资源聚合服务平台,SixMol 仪器设备供应商;央视两次报道,化学加APP已编入大学教科书。
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