高等分析化--核磁共振波谱的应用和前景学院：化学学院年级：2011级师范班学号：2011012841姓名：何玮目录内容摘要 (2)关键词 (2)1.核磁共振波谱法的简介 (2)1.1核磁共振波谱发的基本原理 (2)1.2常用的两类核磁共振波谱 (2)2.核磁共振波谱法的应用 (3)2.1核磁共振波谱法在化学中的应用 (3)2.2核磁共振波谱法在医学中的应用 (5)2.3核磁共振波谱法在生化研究中的应用 (5)3.核磁共振波谱法的应用前景 (6)3.1核磁共振波谱法在多糖结构分析中的应用前景 (6)3.2核磁共振波谱在肿瘤诊疗中的应用前景 (7)3.3核磁共振波谱法在其他方面的应用前景 (7)参考文献 (8)内容摘要：核磁共振波谱法作为化学应应用中最重要的一种谱学，现今已越来越受到各个领域的欢迎。

如今，它绝不仅仅是用在有机物、生物化学物质的结构确定，而更在各种医疗诊断和药物研究方面发挥着重要的作用。

我相信，凭借着核磁共振波谱法的实用性，它的应用前景将会一片光明。

关键词：核磁共振波谱化学应用结构医疗诊断药物研究作用应用前景1．核磁共振波谱法的简介1.1核磁共振波谱发的基本原理具有核磁性质的原子核(或称磁性核或自旋核)，在高强磁场的作用下，吸收射频辐射，引起核自旋能级的跃迁所产生的波谱，叫核磁共振波谱。

利用核磁共振波谱进行分析的方法，叫做核磁共振波谱法（NMR）。

从而可以看出，产生核磁共振波谱的必要条件有三条：1·原子核必须具有核磁性质，即必须是磁性核 (或称自旋核)，有些原子核不具有核磁性质，它就不能产生核磁共振波谱。

这说明核磁共振的限制性；2·需要有外加磁场，磁性核在外磁场作用下发生核自旋能级的分裂，产生不同能量的核自旋能级，才能吸收能量发生能级的跃迁。

3·只有那些能量与核自旋能级能量差相同的电磁辐射才能被共振吸收，这就是核磁共振波谱的选择性。

由于核磁能级的能量差很小，所以共振吸收的电磁辐射波长较长，处于射频辐射光区。

1.2常用的两类核磁共振波谱1.2.1核磁共振氢谱核磁共振氢谱，也称为质子核磁共振谱，是最早、研究和应用最为广泛的核磁共振波谱。

在较长的一段时间，核磁共振氢谱几乎就是核磁共振的代名词。

这是因为H的自旋量子数I=½，磁旋比较大，天然丰度为99.98％，核磁共振测定的相对灵敏度是所有磁核中最大的。

另外，氢是组成有机物最常见的元素，核磁共振氢谱是有机化合物结构分析中最有用的核磁共振谱之一。

氢原子具有磁性，如电磁波照射氢原子核，它能通过共振吸收电磁波能量，发生跃迁。

用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在图谱上出现的位置也不同，利用化学位移，峰面积和积分值以及耦合常数等信息，进而推测其在碳骨架上的位置。

1.2.2核磁共振碳谱碳原子构成有机化合物的骨架，掌握碳原子的信息对于有机结构分析具有非常重要的意义。

天然丰度为98.9％的C12，自旋量子数I=0，无NMR信号。

通常说的碳谱是指C13NMR谱。

C13的I=½，其核磁共振原理与氢相同。

然而，C13核的天然丰度仅为氢核的百分之一，其磁旋比和磁矩也仅为氢核的1/5800。

直到20世纪70年代PFT-NMR谱仪的出现及发展，C13核磁才得到迅速发展。

与氢谱相比，碳谱具有很多优点：灵敏度低、分辨能力高、给出不连氢的碳的吸收峰、不能用积分高度来计算碳的数目、驰豫时间T1 可作为化合物特构鉴定的波谱参数。

2.核磁共振波谱法的应用2.1核磁共振波谱法在化学中的应用2.1.1用于鉴定有机化合物的结构核磁共振波谱法最重要和最广泛的应用就是确定有机物、生物化学物质的结构。

NMR可以提供的主要参数有化学位移、质子的裂分峰数、耦合常数及各组份相对峰面积。

与红外光谱一样，对于简单的分子，仅根据其本身的图谱即进行可鉴定。

对于复杂的化合物，则需在已知其化学式（质谱或元素分析结果）及红外光谱提供的部分信息上进行进一步分析鉴定。

例如下例：例2：化合物C9H12的质子核磁共振谱图如图6－12所示。

试推测其结构。

解：根据化学式，该化合物的不饱和度为Ω=1+9+1/2×(0-12)=4分子中可能有苯环。

从左至右三组峰的积分高度比为5:1:6，对应的氢核数应为5、1、6。

从谱图可知，δ＝1.2的峰可能与δ＝2.9的峰有偶合。

根据n+1重峰规律，从δ＝1.2的双峰可知，它近邻应有一个-CH基团，而δ＝2.9的一个氢核正是-CH基。

这个-CH裂分为7重峰，可见它的近邻有6个氢核，考虑到δ＝1.2为-CH3范围，初步判断分子中有两个化学位移相同的-CH3，故有异丙基-CH(CH3)2存在。

而δ＝7.1的单峰在芳环烃范围，又因有5个氢核，说明它是一个取代苯化合物，因此，该化合物的结构式为:由于异丙基对芳环的诱导效应很小，芳环上的峰无裂分现象，该化合物为异丙苯。

图6－12 化合物C9H12的1H-NMR谱图2.1.2用于有机化合物定量分析NMR波谱中积分曲线高度与引起该峰的氢核数成正比，这不仅用于结构分析中，同样亦可用于定量分析。

NMR定量分析的最大优点是不需引进任何校正因子或绘制工作曲线，且不需化合的纯样品就可以直接测出其浓度。

为了确定仪器的积分高度与质子浓度关系，必须采用一种标准化合物来进行鉴定。

对标准化合物的基本要求是不会与任何试样的峰相重叠。

为进行校准，最好使用有机硅化合物，因为它们的质子峰都在高磁场区。

内标法原理是准确称取样品和内标化合物，以合适溶剂配成适宜的浓度。

内标法测定准确性高，操作方便，使用较多。

外标法只是在未知化合物成分复杂，难以选择合适内标时使用，使用外标法时要求严格控制操作条件，以保证结果准确性。

NMR可以用于多组分混合物分析及元素分析等，但NMR定量分析的广泛应用受到仪器价格的限制。

另外共振峰重叠的可能性随样品复杂性增加而增加，而且饱和效应也必须克服。

因此，往往是NMR可以分析的试样，用别的方法也可以方便地完成。

2.1.3、相对分子质量的测定在一般碳氢化合物中，氢的重量分数较低，因此，单纯由元素分析的结果来确定化合物的相对分子质量是较困难的。

如果用核磁共振技术测定其质量分数，则可按下式计算未知物的相对分子质量或平均相对分子质量：RRS RSSRs mnA MmnAm⋅⋅⋅⋅⋅=式中各符号的含义同前。

2.1.4在化学动力学研究中的应用研究化学动力学是核磁共振谱法的一个重要方面。

例如，研究分子的内旋转，测定反映速率常数等。

虽然用核磁共振技术难以观察到分子结构中构象的瞬时变化，但是，通过研究核磁共振谱对温度的以来关系，可以获得某些动力学信息。

例如，在室温时，因N，N-二甲基乙酰胺中的有部分双键性质，因此阻碍了N-C键的活化能，N-C 键便可以自由旋转。

根据出现一个峰时的温度，可以计算该过程的活化自由能。

2.2核磁共振波谱法在医学中的应用2.2.1核磁共振波谱在核磁成像技术的应用核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging）利用核磁共振即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波原子核带有正电，将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。

自旋轴的排列是无规律的，磁化矢量由零逐渐增长，当系统达到平衡时，磁化强度达到稳定值。

若此时受到外界作用，原子核即可引起共振效应。

射频脉冲停止后，自旋系统已激化的原子核，不能维持这种状态，将回复到磁场中原来的排列状态，同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这许多信号检出，并使之能进行空间分辨，就得到运动中原子核分布图像。

MRI在中枢神经系统的检查、脊柱和脊髓检查、颈部检查、胸部检查中都有重要的应用。

它是一种先进的医疗诊断方法，提供类似于X射线的CT图像，但患者免受X射线的剂量，且分辨率高，因而备受欢迎。

2.3核磁共振波谱法在生化研究中的作用2.3.1对生物大分子、酶结构的测定的应用在溶液高分辨核磁共振研究中，八十年代以来，由于遗传工程和基因工技术的迅速发展，使得蛋白质分子得以在体外大量表达，解决了蛋白质大分子样品的制备问题，促使溶液高分辨核磁共振实验方法朝多维核磁共振方向发展。

因而，目前已可用来确定分子量大到4万的蛋白质分子的溶液三维空间结构。

为我们在接近生理条件下，在溶液三维结构的基础上研究蛋白质结构与功能的关系提供了重要的研究手段。

NMR方法的研究特点为在运用核磁共振方法分析物质时，物质分子中的原子核尤如一个精细的探针，允许核磁共振方法在分子、原子水平上探测物质，使我们得以深入了解物质的微观特性变化。

NMR是在分子、原子水平上检测物质特性。

原子核作为NMR的一个精细的探针探测物质的微观特性变化。

NMR研究不损伤蛋白质样品。

-NMR可以检测包括化学反应，构象变化等动力学过程。

核磁共振波谱测定大分子结构的优缺点可总结为天然状态下对样品进行探测，提供原子分辨率上的结构及动力学信息，灵敏度低,样品需要量大，样品制备成本高，可研究分子的分子量有限制，仪器昂贵，维护费用高，但它的前景依然很可观。

3.核磁共振波谱法的应用前景3.1核磁共振波谱法在多糖结构分析中的应用前景多糖功能复杂，有控制细胞分裂和分化，调节细胞的生长和衰老，作为无细胞毒性的免疫促进剂，已发展成为一种免疫方法，但是多糖由于结构复杂使解析结构非常繁琐和困难，使对各种多糖的深入研究受限。

核磁共振波谱法(NMR)是解析物质结构最有效的手段，近年该技术的发展也很迅速。

自从NNR技术被引进多糖的结构研究以来，它发挥着越来越重要的作用，现已成为多糖研究的常规手段。

近年来，许多细菌多糖，真菌多糖和植物多糖的结构研究都得益于NMR技术的应用多糖为大分子化合物，其结构通常是由若干个单糖组成的重复单元构成，分子内H，H之间、C，C之间的化学环境比较相似，在NMR中的信号重叠严重，因此早期的NMR应用于多糖，所提供的信息很少，并未得到足够的重视，而多糖的结构分析主要依靠于化学分析法。

近年，高磁场NMR仪的出现，使原来低磁场NMR仪上不能分辨的信号得以分开，尤其是2D—NMR的快速发展，极大的提高了谱峰的分辨率，可以提供多糖结构中单糖残基的类型、各糖残基中C、H化学位移归属，各糖残基间的连接位置和连接顺序等诸多信息，甚至可提供某些多糖结构的全部信息。

，2DNMR在多糖结构研究中可以发挥重要的作用。

虽然目前一些结构复杂、分子量大的多糖用2D NMR还不能完全解决问题，但相信随着NMR技术的不断发展，更多的多糖结构将会被解开。

因此，NMR技术在多糖中得到了广泛的应用，成为解析其结构是不可缺少的工具。

3.2核磁共振波谱在肿瘤诊疗中的应用前景在介绍肿瘤样品代谢物的核磁共振波谱技术的研究方法的基础上, 从离体组织和活体组织两个方面综述核磁共振波谱(NMR) 在诊断肿瘤方面的应用进展, 分析了它在肿瘤诊疗中的应用前景。