第一篇：浅谈核磁共振波谱在化学中的应用
浅谈核磁共振波谱在化学中的应用
核磁共振现象早在1936年就被人们所预测，而1945年哈佛大学Purcell小组和斯坦福大学Bloch小组几乎同时观测了石蜡和水中质子的信号因此获1952年诺贝尔物理奖；50年代发现化学位移和自旋—自旋耦合；60年代提出快速FT变换方法；利用不同的脉冲组合获得特定的分子结构信息：驰豫时间，共振峰的分类（DEPT，INEPT）；70年代发现二维核磁；80年代600MHz核磁共振仪问世；90年代脉冲场梯度技术；高灵敏度的超导探头；流动注射核磁技术；高压核磁技术；丰富的多维脉冲序列等多种新手段的使用更是促进了核磁共振技术在化学领域中的应用。核磁共振技术作为分析物质的化学组成、结构及其变化的重要手段之一, 可深入探测物质内部而不破坏样品, 并具有准确、快速和对复杂样品不需预处理就能进行分析等特点.经过60 多年的发展, 核磁共振技术形成了两个主要学科分支, 即核磁共振波谱(NMR)和磁共振成像(MRI).随着磁场强度的提高, 信号检测(硬件和信号处理)、脉冲实验、自旋标记等技术的进步, 困扰核磁共振的低灵敏度的问题已大大改善.现今, 核磁共振已广泛应用于化学、生物学、医学、食品以及材料科学等诸多学科领域, 成为在这些领域开展研究工作的有力工具, 成为一种不可或缺的分析与测量手段.一、核磁共振技术简介
核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。其中最重要的一个概念是化学位移。化学位移的差别约为百万分之十，精确测量十分困难，现采用相对数值。以四甲基硅（TMS）为标准物质，规定：它的化学位移为零，然后，根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定它们的化学位移值。
二、影响化学位移的因素
影响化学位移的因素有多种，现在简单介绍如下。诱导效应
分子中某一氢核的化学位移与该核外层的电子云密度有很大的关系，电子云密度越大，所产生的感应磁场越大，核的实受磁场越弱，即受到的屏蔽作用越大。通常把电负性引起的去屏蔽作用叫做诱导效应。与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。
共轭效应
苯环上的氢被推电子基（如CH3O）取代，由于p-共轭，使苯环的电子云密度增大，值高场位移。拉电子基（如C=O，NO2）取代，由于-共轭，使苯环的电子云密度降低，值低场位移。
各向异性效应
分子中氢核与某一功能基的空间关系会影响其化学位移值，这种影响称各向异性。如果这种影响仅与功能基的键型有关，则称为化学键的各向异性。是由于成键电子的电子云分布不均匀性导致在外磁场中所产生的感生磁场的不均匀性引起的。
范德华效应（空间效应）
两个原子的空间距离很近时。具有负电荷的电子云会互相排斥，使这些原子周围的电子云减少，屏蔽作用减小，d值增大。
氢键
氢键的形成减少了质子周围的电子云密度，削弱对氢键质子的屏蔽，使共振吸收移向低场。
溶剂效应
实验证明，同一个样品在不同溶剂中测定的核磁共振谱图会有所差异，这是因为有些溶剂如苯、吡啶等本身存在亲核或亲电子中心，可与样品形成“瞬间复合物”，改变了有关质子的实际存在状态，从而使其化学位移有所漂移。
三、核磁共振技术在化学领域的应用
核磁共振广泛应用于各行各业，在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都町以听到核磁共振这个名词，其用途日益广泛。
3．1在有机化学中的应用 3．1．1在分子结构测定中的应用
核磁共振技术发展得最成熟、应用最广泛的是氢核共振，可以提供化合物中氢原子化学位移，氢原子的相对数目等有关信息，为确定有机分子结构提供依据。
迄今，利用高分辨核磁共振谱仪已测定了上万种有机化合物的核磁共振谱图，许多实验室都出版谱图集。分析一个化合物的结构时，一般仅需做个氢谱、碳谱、极化转移谱，更多时候除了一维谱还需要做一系列二维谱：氢-氧化学位移相关谱、碳-氢化学位移相关谱、远程化学位移相关谱或做氢检测的异核多键相关谱、氢检测的异核多量子相关谱等。
对于简单分子的结构，根据以上谱图解析就能确定，对于全然未知物的结构，还需结合其它的一些数据，如：质谱、红外、元素分析等。
3．1．2在有机合成反应中的应用
核磁共振技术在有机合成中，不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定，在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用。核磁共振波谱能够精细地表征出各个氢核或碳核的电荷分布状况，通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用，从微观层次上阐明配合物的性质与结构的关系，对有机合成反应机理的研究重要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的。
3．2在高分子化学中的应用
核磁共振技术在高分子聚合物和合成橡胶中的应用包括共混及三元共聚物的定性、定量分析、异构体的鉴别；端基表征；官能团鉴别；均聚物立规性分析；序列分布及等等规度的分析等。
液体高分辨核磁共振可以提供聚合物的信息有：(1)聚合物类型的鉴定，不同单体生成的聚合物，虽然同为大分子碳氢化合物，但其共振谱是不完全相同的；(2)有关聚合物链的异构化信息，聚合物链的构型对其物理、化学性质影响很大，辨明链的构型有着重要的意义；(3)其他重要信息，通过13C-NMR谱可以分别研究其不同单元组的序列分布、交替度和不同反应条件下聚合过程链活动度变化等聚合物微观结构信息。
3．3核磁共振技术在药物化学研究中的应用
在药物研发的过程中起着重要作用，可以进行药物设计。通过NMR技术进行配体的筛选，在确定药物的有效性等方面有着广泛的应用。核磁共振技术在活性药物化合物的筛选方面有着巨大的潜力，尤其在基于靶分子的筛选能够节省大量的时间和费用及其发现活性化合物方面的有效性是其它方法所不可替代的。
核磁共振技术在体内药物分析中也有较广泛的应用，具有简便性、无损伤性、连续性、高分辨性等优点。
此外还有因定量核磁共振技术测定过程简单、分析快速，逐渐地应用于药物质量控制和新药研发中。
3．4核磁共振技术在物理化学中应用
核磁共振技术在物理化学中可以用于基本化学结构的确定、立体构型和构想的确定；化学反应机理研究、反应速度、化学平衡及平衡常数的测定；溶液中分子的相互作用及分子运动的研究(氢键相互作用、分子链的缠结、胶束的结构等)；分子构象及运动性能研究；多相聚合物的相转变、相容性及相尺寸研究。
四、小结
总之，核磁共振技术在化学领域的使用是非常广泛的，尤其是在有机合成中的使用，对于未知化合物的鉴定起到很大作用，它堪称我们的眼睛，使得我们对于反应进程有了很好的了解。
第二篇：核磁共振在化学中的应用
核磁共振技术在有机化学构型等方面的应用
摘要: 本文综述了核磁共振在复杂分子结构解析、光学活性化合物构型确定、有机合成反应机理研究、组合化学、高分子化学等方面的应用进展。关键词: 核磁共振、化学构型 1 概述
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance ,NMR)现象是1946 年由哈佛大学的伯塞尔(E.M.Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F.Bloch)用不同的方法在各自的实验室里观察到的[1]。六十年来,核磁共振波谱技术取得了极大的进展和成功.检测的核从1H 到几乎所有的磁性核;仪器不断向更高频率发展;从连续波谱仪到脉冲傅立叶变换谱仪,并随着多种脉冲序列的采用而发展了各种二维谱和多量子跃迁测定技术;固体高分辨核磁技术和核磁共振成像技术的出现[2]。随着这些实验技术的迅速发展,核磁共振的研究领域不断扩大。核磁共振提供分子空间立体结构的信息,是分析分子结构和研究化学动力学的重要手段。在化学领域,核磁共振为化学家提供了认识未知世界的有效途径。应用核磁共振确定有机化合物绝对构型
有机化学家常常需要确定合成或分离得到的光学活性化合物的绝对构型。应用核磁共振方法测定有机化合物的绝对构型,主要是测定R和S手性试剂与底物反应的产物的1 H 或13 C NMR 化学位移数据,得到Δδ值与模型比较来推定底物手性中心的绝对构型[3]。包括应用芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型的NMR 方法和应用配糖位移效应确定绝对构型的NMR 方法。表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。2.1 芳环抗磁屏蔽效应确定绝对构型
利用芳环抗磁屏蔽效应测定有机化合物绝对构型最为典型的方法是应用1 H
1NMR 和应用19 F NMR 的Mosher 法[4-5]。H NMR 的Mosher 法是将仲醇(或伯胺)分别与(R)和(S)-MTPA(α2甲氧基三氟甲基苯基乙酸)反应形成酯(Mosher 酯),然后比较(R)和(S)-MTPA 酯的1 H NMR 得到Δδ(Δδ=δS-δR), 在与Mosher 酯的构型关系模式图比较的基础上,根据Δδ的符号来判断仲醇手性碳的绝对构型。19 F NMR 的Mosher 法的应用前提是β位取代基的立体空间大小不同。通常情况下,两个非对映异构体(R)和(S)-MTPA 酯中其它影响19 F NMR化学位移因素是相对固定的,19 F NMR 化学位移的不同主要是由于两个非对映异构体中羰基对19 F 的各向异性去屏蔽作用不同引起。通过比较(R)和(S)-MTPA 酯的19 F NMR 的化学位移值结合模型图确定手性中心的绝对构型。2.2 配糖位移效应确定绝对构型
应用配糖位移效应通过核磁共振可确定二级羟基绝对构型,如运用13 C 的配糖位移效应来测定仲醇的绝对构型[6-7]。这种方法包括5 个步骤(13 CNMR 图谱在吡啶里测定):测定仲醇的13 CNMR 图谱;合成仲醇β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体;测定β-D-或α-D-葡萄吡喃配糖体的13 CNMR 图谱;计算葡萄糖单元端基碳、仲醇α碳和两个β碳的配糖位移;将已知绝对构型的仲醇的配糖位移Δδ值总结列于表中,将计算的Δδ值与表中的配糖位移效应比较,确定底物仲醇手性中心的绝对构型。3 应用核磁共振解析复杂化合物结构
核磁共振技术是复杂化合物结构解析最为主要的技术。利用该技术可以获得化合物丰富的分子结构信息,广泛应用于天然产物的结构解析。其近期技术革新主要在于以下几个方面:探头、线圈和核磁管相关技术、固相核磁新技术、核磁共振
[8]。在天然产物分析中,核磁共振仪的检出限较其它波谱分析仪器为高,这对于产率较低的天然产物化合物来说无疑是一种瓶颈制约因素。所以,研究和发展新的核磁共振技术来降低检出限就显得尤为重要。除了提高有限的磁场强度外,更多集中在对核磁共振仪的探头、线圈和核磁管等的改进。常规的5 mm 核磁管及相匹配的探头、线圈在NMR 谱测定时所需样品一般在mg 级以上。近年来逐步发展了微量核磁管及相匹配的探头、线圈,使得样品的检出限大为降低,达到μg 级,甚至ng 级。有关探头、线圈和核磁管相关技术的最新典型应用是Rus2sell 等应用3 mm 低温探头在500 MHz 核磁共振仪上测定了溶解在150μL 氘代苯中的40μg 士的宁的HSQC 谱,在相同的信噪比下比应用传统探头下所需积分时间降低12—16倍[9 ]。此技术对于解析质量和容积有限的复杂天然化合物样品结构具有非常大的优点。4 核磁共振在有机合成反应中的应用
核磁共振技术在有机合成中不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定,在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用。
4.1 研究合成反应中的电荷分布及其定位效应
配合物中金属离子与配体的相互作用强弱虽然可以用紫外光谱、红外光谱、电化学等方法来研究和表征,但核磁共振谱能够精细地表征出各个H 核或C 核的电荷分布状况,通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用,从微观层次上阐释配合物的性质与结构的关系。芳环上原子周围的电子云密度大小可以通过化学位移值得到反映,芳环碳上的电子云密度大小又与其连接取代基的电子效应有关,取代基对苯环的影响为诱导效应和共轭效应的综合。可以通过单取代苯的13 C 化学位移计算常见基团的诱导效应、共轭效应及电子效应,进而根据电子效应强度值定量地表征定位效应、定位规律和苯环的活化与钝化[10 ]。4.2 推测反应机理
有机合成反应对反应机理的研究主要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的。1H NMR 可以由积分曲线得到总质子数和部分质子数,以及由化学位移鉴别羧酸、醛、芳烃(有取代)烷基、链烷基的质子和杂原子,断定邻接不饱和键等的甲基、亚甲基和次甲基的相关氢信息,从自旋2偶合讨论邻接基团, 或鉴别C1 至C4 的各种烷基结构;而13 C NMR 则可以确定碳数,同时还可以从碳的偏共振去偶法确定键合于碳上的氢数,以及鉴别SP3碳、SP2碳和羧基碳,并由羧基碳的化学位移等确定羰基碳的种类, 还可以确定甲基、芳基取代基的种类等获得相关碳的杂化形式、碳的骨架等信息[11]。核磁共振技术在组合化学中的应用
组合化学的飞速发展拓展了常规固相NMR 技术的空间,出现了新的超微量探头。魔角自旋技术(magic angle spinning , MAS)的应用和消除复杂高聚物核磁共振信号的脉冲序列技术的出现,已经可以保证获得与液相NMR 相同质量的图谱。高通量NMR 技术已经用于筛选组合合成的化合物库,成为一种新的物理筛选方法。5.1 核磁共振在固相合成的应用
固相合成的特征是以聚合树脂为载体,载体与欲合成化合物之间连有官能团连接桥,欲合成分子通过连接桥逐步键合到树脂上,最终产物通过特定的切割试剂切落下来。固相合成发展的一个主要障碍是缺少可以对反应历程进行实时监测的简单、快速、无破坏性的分析方法。核磁共振光谱法是鉴定有机化合物结构的重要手段之一。但是,对于与固相载体相连的化合物来说,高聚物的流动性有限,载体上有
机分子的流动性也很有限,这都会使谱线变宽,分辨率下降。另外,载体骨架产生的背景信号会掩盖化合物的信号峰,使之难以辨别。近年来,魔角自旋技术解决了这方面的困难,魔角自旋是指在偏离静态磁场54.7°下旋转样品,这个角度能将偶极偶合平均到零,消除了因固体或非均相溶液中磁化率的不同和样品表面以及边缘磁化率的不连续性造成的谱线加宽。魔角自旋技术与一系列新技术在固相NMR 中的广泛应用,使谱图分辨率和谱线质量得到很大地提高。目前,已经有多种固相NMR 技术应用于合成研究中。如HR/ MAS-NMR 可以直接跟踪固相有机合成反应,为快速优化组合合成的化学反应条件提供了一个新方法[12 ]。6 结束语
随着科学的进步和现代仪器的发展,核磁共振技术的发展很快。通过与计算机科学的完美结合,核磁共振正在成为发展最迅猛、理论最严密、技术最先进、结果最可靠的一门独立系统的分析学科[14] ,不仅应用于化学学科各领域,而且广泛渗透到自然科学、医学应用和工业应用等各个方面,成为一个异常广阔的谱学研究领域。参考文献
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第三篇：核磁共振法在高分子材料中的应用
核磁共振法在高分子材料中的应用
摘要：本文介绍了不同核磁共振方法和技术在高分子材料研究中的应用。主要论及核磁共振的常规氢谱、碳谱、多脉冲技术，以及固体核磁共振仪、核磁共振成象技术和核磁共振在高分子科学中的应用。
关键词：核磁共振方法；高分子材料
核磁共振波谱是研究原子核在磁场中吸收射频辐射能量进而发生能级跃迁现象的一种波谱法。通常专指氕原子的核磁共振波谱(质子核磁共振谱)的研究。同一核素的原子核在不同化学环境下能产生位置、强度、宽度等各异的谱线，为研究复杂的分子结构提供重要的信息。
1核磁共振基本原理
核磁共振研究的对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自旋运动的原子核才具有磁矩。原子核的自旋运动与自旋量子数 I 相关，I＝0 的原子核没有自旋运动，I≠0的原子核有自旋运动。核磁共振研究的主要对象是 I＝1/2 的原子核，这样的原子核不具有电四极矩，核磁共振的谱线窄，最易于核磁共振检测。原子核同时具有电荷及自旋，根据古典电磁学理论，旋转的电荷可视为环电流，故原子核也有对应的磁矩μ，其与自旋角动量P 成正比，关系如下：
μ = γ P = γI(1.1)磁矩和自旋角动量之间的比例常数定义为旋磁比γ，旋磁比随原子核种类而有所不同，I为自旋算符，P为角动量算符，是Plank常数h除以2π。当受到外加磁场B0影响时，具自旋角动量的原子核其能级会分裂为（2I＋1）个非简并态，两个能级的能量差为 ΔE＝－γ B0。核磁共振就是样品处于某个静磁场中，具有磁距的原子核存在着不同能级，用某一特定频率的电磁波来照射样品，并使该电磁波满足两个能级的能级差条件，原子核即可进行能级之间的跃迁，发生核磁共振。在考虑磁距与磁场相互作用时，可以用量子力学或经典力学加以处理。每一种处理都有其方便之处。对于弛豫和交换过程以经典处理更为合适；而在讨论化学位移和自旋耦合时，须要使用能级知识，因而要用量子力学进行处理。核磁共振在聚合物研究中的几种用途 2.1高分子的鉴别
1H-NMR主要研究化合物中1H原子核的核磁共振。它可提供化合物分子中氢原子所处的不同化学环境的它们之间的相互关联的信息，从而确定分子的组成、连接方式及空间结构等。而113C-NMR主要研究化合物中碳的股价结构，特别是在高分子结果分析中，研究的归属很有意义。高分子化合物主要由碳氢组成，所以用1H谱和13C谱来研究聚合物的结果无疑是很合适的，特别能解决结构分析问题。而对于一些结构类似的聚合物，红外光谱图也基本类似，这是利用1H-NMR或13CNMR就很容易鉴别。例如：聚烯烃的鉴别，聚丙酸乙烯酯和聚丙烯酸乙酯的鉴别及未知物的鉴别等。
2.2共聚组成的测定
由于NMR谱峰的强度与该物质相应的元素有很好的对应关系，尤其是对于1H-NMR，共振峰的积分面积正比于相应的质子数，所以可以通过直接测定质子数之比而得到各基团的定量结果。因此，利用NMR研究共聚物组成最大地有点事不用依靠已知标样，就可以直接测定共聚物组成比。
2.3支化结构的研究
碳谱中支化高分子和线型高分子产生的化学位移不同，由于支链会影响到主链碳原子的化学位移，且支链的每一个碳原子也有不同吸收，所以支化结构为一系列复杂的吸收峰。
2.4高聚物立构规整性测定
只有通过研究链的精细结构才能够观察到同一氢核在不同立体化学环境中的差别，必须在高磁场强度下测量。核磁共振技术在高分子材料研究中的具体应用 3.1固体核磁共振波谱技术
NMR核磁共振波谱仪是高分子材料结构和性能的重要表征技术。近年来,NMR新技术层出不穷,已可以从分子水平研究材料的微观结构。NMR成像技术可以跟踪加工过程中的结构和形态的变化。固体高分辨率NMR技术已经在高分子结构研究中应用十多年了。它特别适用于两种情况1)样品是不能溶解的聚合物,例如交联体系;2)需要了解样品在固体状态下的结构信息,例如高分子构象、晶体形状、形态特征等。由于13C的自然丰度较低,磁旋比也小,所以往往对样品采用魔角旋转(MAS)、交叉极化(CP)及偶极去偶(DD)等技术来强化检测灵敏度。固体NMR谱的各向异性加宽作用可以通过MAS加以消除,从而获得与溶液谱一样的自旋多重化精细谱带,使峰变窄,提高分辨率。高功率的质子偶极去偶技术(DD)用来消除H-X(X=13C,19F,29Si)的偶极作用。交叉极化(CP)则通过Hartman-Hahn效应,在合适的条件下采样,可以提高检测灵敏度。MAS/DD/CP三项技术综合使用,便可得到固体材料的高分辨C-13核磁共振谱。
固体NMR在高分子材料表征中的重要用途之一是形态研究,高分子链可以有序的排列成结晶型或无规的组成无定形型,结晶型和无定形型相区在NMR中化学位移不同,可以很容易地加以区别。NMR技术的各种驰豫参数也可用来鉴别多相体系的结构。尤其当各相的共振峰化学位移差别很小时,驰豫参数分析相结构就显得格外重要。相结构研究中常用的驰豫参数有自旋-晶格驰豫(T1),自旋-自旋驰豫(T2)及旋转坐标中的自旋-晶格驰豫(T1p)等。对于多相聚合物体系,如热塑性弹性体,由硬段和软段组成,由于软,硬相聚集态结构,玻璃化温度上的明显差别,在NMR实验时,可利用软,硬段驰豫时间的不同,来分别研究软硬相的相互作用及互溶性。弹性体材料有重要的工业应用价值,因为弹性体在玻璃化转变温度之上可以进行取向运动,且在高弹态时偶极耦合作用比玻璃态时小,特别适用于固体NMR来进行结构分析。只要采用较低的MAS转速及较低的偶极去偶功率,就可以得到高分辨的固体NMR谱,从而分析其网络结构。
3.2 二维核磁共振波谱技术
二维核磁共振谱的出现和发展,是近代核磁共振波谱学的最重要的里程碑。J.Jeener在1971年首次提出了二维核磁共振的概念,但并未引起足够的重视。Ernst对核磁共振技术的大量卓有成效的研究,再加上他对脉冲-付立叶变换核磁共振的贡献,Ernst教授荣获了1991年诺贝尔化学奖。这进一步说明了二维核磁共振的重要性。
异核2DNMR技术在研究高分子链时,根据1H谱与13C谱化学位移的相关性,在对H1谱进行构象-序列分析方面,可发挥很大的优势。如下例所示:二维核磁共振研究PVC的微观结构。利用二维核磁技术研究PVC的基础在于已经建立了一维核磁共振的碳谱和氢谱并且对谱峰有了一定的结构归属。二维核磁共振相关谱可以进一步提高碳谱和氢谱的分辨率,完整的给出PVC的空间序列结构。在PVC的一维氢谱中,不能很好地分辨不同空间序列结构中的亚甲基质子。次甲基-亚甲基耦合形式很复杂,但用二维NMR实验可以解决这些问题。如图3~5所示。
用固体核磁技术与二维核磁技术相结合,可以表征固态物质的非均匀性。用液态中的NMR交叉驰豫有关的现象可以研究固态物质的结构。图6为苯乙烯和聚乙烯甲基醚的二元共混体的1D固态质子NMR谱,浇铸是在甲苯(共混体BT)或氯仿(BC)溶液中加入石油醚而得,谱图上仅由微小差别,并不能得出不均匀性的结论。图6a,b是二元共混体的的2D自旋扩散谱。
芳香族质子峰是聚苯乙烯的特征峰,而OCH3,OCH峰则是由聚乙烯甲基醚产生的,这两峰间的自旋扩散提供了所需的信息。BC共混体的2D谱在上述共振间无交叉峰,因而应是均匀的,看来没有含两种高聚物的混合区域。BT共混体的2D谱则显示不同高聚物峰间强的交叉峰,因此,有一个两高聚物在分子水平上混合物的均匀区域。结果证明,不同区域的准确组份不能用2D自旋扩散谱单独测定。然而,结合选择性饱和实验,证明用一简单的三相模型可以得到共混体BT的组份。虽然在概念上实验是很简单的而结果却很丰富,但实验的要求却比溶液中严格的多。为了得到足够的谱分辨率需要魔角样品旋转,多脉冲偶极去偶。结语
NMR技术即核磁共振谱技术，是将核磁共振现象应用于分子结构测定的一项技术。对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。目前对核磁共振谱的研究主要集中在1H和13C两类原子核的图谱，其在高分子材料中的应用得到很好的发展。
参考文献 ［1］ 高家武等.高分子材料近代测试技术.北京:北京航空航天大学出版社.1994 ［2］ 薛奇编.高分子结构研究中的光谱方法.北京:高等教育出版社.1995 ［3］ 朱诚身.聚合物结构分析（第二版）.北京：科学出版社，2009:100-130 ［4］ 宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学.北京： 科学出版社,2000
第四篇：气相色谱在水质检测中的应用
气相色谱在地表水水质分析中的应用
气相色谱在地表水水质分析中的应用
摘要：本文概括了气相色谱法的特点，针对不同的检测器分析了气相色谱所能够检测的水体有机污染物，就相应的检测方法和检测限做了阐述，并结合新疆水资源特点和现有的仪器设备讨论了气相色谱在新疆水环境监测中的重要性。
关键词：气相色谱；水质分析；有机污染物
气相色谱法是采用气体作为流动相的一种色谱分析方法。它是近50多年以来迅速发展起来的新型分离、分析技术，主要用于低分子量、易挥发有机化合物(约占有机物的15％ ～20％)的分析，目前从基础理论、试验方法到仪器研制已发展成为一门趋于完善的分析技术。在<地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中，80个集中式生活饮用水地表水水源地特定项目的分析方法，有57项采用气相色谱法。气相色谱法的特点
(1)分离效率高：一根长1～2m的色谱柱，一般可有几千个理论塔板的分离效率，对于长柱(毛细管柱)，甚至有一百多万个理论塔板分离效率，可以使一些分配系数很接近的以及极为复杂、难以分离的物质，经过多次分配平衡，最后可以得到满意的分离。
(2)灵敏度高：在气相色谱分析中，由于使用了高灵敏度的检测器，可以检测10-1 ～10-1 g的物质。在水质分析中可测出质量分数为10 ～10—9数量级的卤素、硫、磷化物。集中式生活饮用水地表水水源地特定项目中，采用气相色谱分析方法的最低检出限为0．05～0．000 02 mg／L，相应的标准限值0。5～0．000 12mg／L，满足分析评价要求。
(3)选择性高：对性质极为相似的烃类异构体、同位素、旋光异构体具有很强的分析能力。
(4)分析速度快：通常一个试样的分析可在几分钟到几十分钟内完成。某些快速的分析，一秒钟可分析好几个组份。地表水中的有机氯农药六六
六、滴滴涕(DDT)及其7种异构体，性质很相似，在气相色谱仪上一次进样，用20min可以完成分离测定。目前，一些先进的色谱仪器通常都带有微处理机和自动进样系统，使色谱操作和数据处理的高速度得以实现。
(5)应用范围广：气相色谱法可以分析气体样品，也可以分析在允许工作温度范围内汽化成气体的液体样品和固体样品，不仅可以分析有机物，也可以分析部分无机物，因此应用范围十分广阔，在化工、医药、食品、农药、环境监测、水质监测和自然科学研究等领域都有普遍的应用。化学污染物的检测
气相色谱在水质监测中主要用于有机氯农药、有机磷农药、有机化学污染物及微量金属元素的监测。
2．1 有机氯农药的检测
有机氯农药是神经毒，又是一种肝毒。有机氯农药的残效期特别长，不易分解，对环境造成严重污染，而且具有致畸等不良后果。气相色谱仪配置电子捕获检测器，用内径2～3．5mm、长1．8～2m的硬制玻璃柱，内装Chromosorb WAWDMCS 80—100目，涂OV一17为1．5％，QF一1为1．95％，设柱温180℃，汽化室温度200℃，检测器温度220℃，氮载气(≥99．999％)流速为60mL／min，可检测水体中的“六六六”(含
4种异构体，可检测至4ng／L)和DDT(含4种异构体，可检测至200ng／L)以及艾试剂、七氯、硫丹等有机氯农药成份。
2．2 有机磷农药的检测
有机磷农药多为磷酸酯类或硫代磷酸酯类，有机磷农药多为油状液体，工业品呈淡黄至棕色，具有大蒜臭味。一般不溶于水，而溶于有机溶剂及动植物油，对光、热、氧均较稳定，遇碱易分解破坏。有机磷农药可经消化道、呼吸道及完整的皮肤和粘膜进入人体。人体吸收的有机磷农药在体内分布于各器官，其中以肝脏含量最大。
气相色谱仪配置火焰光度检测器，用内径4mm、长2m的硬制玻璃柱，内装白色酸洗硅烷化硅藻土担体，涂DC一200为5％、QF一1为7．5％，设柱温170℃，汽化室温度240℃，检测器温度230Y3，载气(氮气，≥99．99％)流速为60mL／min，燃烧气(氢气，≥99．99％)流速为160 mL／min。可检测甲基对硫磷、对硫磷、马拉硫磷、乐果、敌敌畏等有机磷农药，并且检测下限通常在5×10—4～10～mg／L。
2．3 有机化学污染物的检测
气相色谱仪配置氢火焰离子化检测器，再使用适当的检测条件，可检测水中的三氯甲烷(最低检出限0．000 6mg／L)、四氯化碳(最低检出限0．000 3mg／L)、三氯乙烯(最低检出限0．OO3mg／L)、四氯乙烯(最低检出限0．001 2mg／L)、甲苯(最低检出限0．01mg／L)、硝基苯(最低检出限0．000 2mg／L)、苯胺(最低检出限0．002mg／L)、丙烯酰胺(最低检出限0．000 15mg／L)、甲基汞(最低检出限1 X 10mg／L)等50多种水体中的有机污染物。
2．4 微量金属元素的检测
气相色谱法不仅是分析检测有机污染物不可缺少的重要方法，近年来，在分析水体中某些微量金属元素方面也取得了一定的发展。现在能够利用气相色谱法分析的金属元素有硒、铍、铜等。分析检测硒的方法是利用1，2一领苯二胺或衍生物在酸性溶液中与四价硒反应，当O～PDA试剂足够量时，可定量地生成挥发性的、可被有机萃取为苯丙硒二唑化合物，然后利用带电子捕获检测器的气相色谱仪测定其含量。
我国水资源存在洪涝灾害、干旱缺水、水环境恶化三大问题，尤其是水环境恶化、水污染问题更为严重，在水污染问题中，有机污染呈加重趋势。新疆水资源相对比较匮乏，水生态系统比较脆弱。近几年随着西部大开发战略的实施，加大了对油气资源的开采、加工和运输，以及一些相关化工、能源企业的增多给新疆的水体有机物污染埋下了巨大的隐患。同时大量的农田退水汇入河道，是水体中有机农药的主要来源。利用气相色谱法的特点，水环境监测工作者可以快速、准确地分析水体中的苯、甲苯、二甲苯、丁苯萘、有机氯、有机溴和硫、磷农药残留物等50多种有机毒物污染情况，为新疆水资源保护和管理提供可靠的依据。现有仪器的性能、技术指标
在水环境监测工作中，常用顶端空间一气相色谱作为易挥发有机物的监测手段，而把疏水分离一选择性挥发一气相色谱作为难挥发有机物的监测途径。如阿克苏水环境监测中心使用的东西电子GC一4000A型气相色谱仪，整台仪器采用微型计算机控制，结构紧凑，具有多阶程序升温功能，操作方便。同时GC一4000
配备了氢火焰离子化(FID)、火焰光度(FPD)、电子捕获(ECD)检测器，并联双气路、双采样通道；并加配了毛细管装置和G103型色谱专用空气发生器。小结
随着新疆社会经济的不断发展和西部大开发战略的不断推进，新疆水环境质量问题势必会越来越突出。水环境监测的重要性将会更加明显，社会各界对水环境监测的要求也将不断提高，采用更先进、更科学的分析方法已成为水质分析的主要趋势。气相色潜分析法因其快速、准确、高效的分析特点已被列入国家水质分析方法标准之内，在水质全面评价中，多项化学污染物的检测都依靠气相色谱分析法完成。
水质监测质量和水平的提高依赖于监测技术的发展。气相色谱法作为一种科学的、先进的分析检测手段，也必将会在新疆的水资源保护和管理工作中发挥重要的作用。
第五篇：化学教学中电子白板的应用
交互式电子白板在化学有效教学中的应用
冯 绍 开
摘要：化学学科本身具有教学资源丰富多样，图片、视频、实验演示等多媒体信息量大等特点，在课堂教学中，教师总要运用一定的媒体技术向学生呈现、传递教学内容和信息甚至组织课堂教学活动，以丰富学生感知，增强教学效果。近年来，我们在化学课堂教学中呈现教学信息的主流技术是多媒体课件。传统的课件存在许多难以克服的缺陷。学校的课堂教学迫切地需要一种能集黑板和多媒体之长的技术，交互式电子白板应运而生。交互式电子白板在教学中应用的理论基础是现代传播学理论和基于建构主义的混合式学习理论以及教育心理学理论，完全符合现代教育学理论，能够很好的服务于我们的日常教学活动，使其更加有效化。本文先展示黑板及投影教学的缺陷再结合学科的实际，探讨交互式电子白板在课堂教学中的实际应用。
关键词：黑板教学
投影教学
电子白板
化学有效教学
黑板是传统课堂教学中呈现教学内容和组织教学活动不可缺少的媒体工具，书写便捷、师生间的交互作用明显。然而随着现代教育教学理论和教育技术的发展，黑板在教学中的缺点也越来越明显，主要是信息呈现的过程慢、信息量小，不能即时呈现各种图表，不能呈现动态画面，不能长期保存教学中在黑板上所书写的有用信息，会产生大量粉尘影响人的身体健康等。
在现代课堂教学中，以投影机、计算机、视频展示台组合的多媒体投影技术进入课堂，能高效地呈现数字化的文本、图形、照片和影像材料，演示多媒体课件等，极大地丰富了课堂教学环境，加速了信息传播的速度，从而有效地提高了课堂教学效率和学生接受的信息量。然而多媒体投影系统的使用，虽然改善了呈现教学内容和信息的方式，但它也存在着如下缺陷：
一、教师必须用主控台来控制投影信息的呈现过程，学生的注意力在很大程度被转移到屏幕上，不利于有效教学。
二、由于教师要在控制台前操作，不便于教师在课堂中四处走动、巡视。当教师从教室中的任何位置回到主控台操作时，会使教学过程中断，因而课堂教学过程显得衔接不够严密。
三、在教学中使用的多媒体课件是在课前设计好的，教师的教学往往会被课件的预设程序牵制，失去了即兴发挥，处理偶发事件的自由空间，教师掌握课堂“预设与生成”的能力难得以体现。
四、学生积极主动参与教学活动也常因教师要进行计算机操作的原因被中断，使教师与学生在信息交流和传递方面的共鸣作用被弱化。
五、教师无法在所投影的材料上进行书写、更不能保存板书的内容，师生间的书写交流作用被阻断。
黑板教学和投影教学各有优势，但相互之间难以融合，因而在当前的多媒体投影课堂教学中，黑板与投影并存，使信息技术与传统教学不能很好地整合。交互式电子白板是将投影技术、计算机技术、网络技术、书写技术相结合的新一代教学媒体。交互白板进入课堂，使教学结构发生了变化，师生间的信息交流、传递形成多通道的网状的结构，这种信息交流、传递结构的改变，提高了学生对信息的关注度，使学生能接受更多的有效信息，因而有利于提高信息传输的效率。课堂教学正在经历从黑板到交互式白板的历史演进。交互白板终将替代黑板成为课堂教学的主流技术，极大地推动学校教学信息化的进程。下面结合本人在日常课堂教学中使用白板的感受简要的谈一下电子白板在化学教学中的应用。
一、使用电子白板创设激发学生兴趣的情境。
使用电子白板创设情境的方式多样：复习导入、实验导入、歌曲导入、故事导入、猜谜导入、设疑导入、新闻导入、动画导入等。如：在讲浓硫酸的特性时，可播放清华大学刘海洋到动物园用浓硫酸烧伤黑熊事件图片、或录像，借此事件新闻既能对学生进行安全教育又能调动学生的学习兴趣。
二、使用电子白板增加师生互动，充分体现现代教育中的学生主体地位。
交互式电子白板提供了教师与学生、学生与学生、师生与资源、学生与网络资源的交互平台。白板不再是一块“冷冰冰”的黑板，而成为学生的另一位老师和朋友。电子白板与多媒体网络技术结合，为学生提供图文音像并茂的、丰富多彩的交互式界面。利用电子白板精心设计教学程序，使学生真正成为课堂上的演员，老师则成为导演，随时调控授课节奏，使课堂教学从开始到结束以设疑－质疑－释疑为学生活动的主线，使整个教学过程成为一个开放动动态的师生、电子白板多边活动的过程。如讲气体的制取实验复习课时，我首先将各种装置从资料库中调出，制成白板课件，课堂上通过电子白板把许多装置的选择权及根据题意选择仪器权交给学生，让他们自己拼成一套完整的装置。上课时，学生争先恐后的要上来试一试，学生上台一次演示结束后，很快就掌握了气体的方法、步骤和注意事项。学生通过观察我上课使用和课件和自己的尝试有效地实现了化学课堂教学中的师生互动、生生互动，很好地调动了学生学习的兴趣，有效地创设了符合学生认知水平的教学情境，使学生产生了浓厚的兴趣，极大地提高了学生的课堂效率。
三、使用电子白板优化实验教学，打造高效化学课堂。
1、可通过模拟微观世界，架起微观化学与宏观化学的桥梁 在讲原子的内部结构、原子核的构成时，传统教学手段下都是教师凭空讲解，学生凭空想象来进行教与学。现在，我利用电子白板模拟出动态的氢原子，描绘出原子核外电子的运动状态；动画模拟水分子是如何分裂为氢原子和氧原子的，而氢原子又是如何与其它原子结合形成氢分子的动态过程等等，再加上一定的声光效果，使学生的思维由宏观世界过渡到微观世界，避免了学生丈二和尚摸不着头脑的现象，对学生认识理解微观世界起到了较好的辅助效果。
2、可放大重复再现实验现象过程，提高实验的有效性 有些演示实验，教师在讲台上做只有前面部分同学能观察到，致使很多学生不容易观察到一些实验细节。运用电子白板特有的放大功能使原来看不清的实验现象可显现的十分清晰明显。极大地增强了学生学习的积极性和参与度，加深他们对化学反应和实验操作的理解。有些演示实验的现象持续时间短，学生往往观察不到位，有些实验操作需要学生注意的地方多，这时借助于电子白板的可控性进行画面的回放、慢放、暂停等操作，可使学生能更充分地观察体会现象及操作注意事项。
3、可模拟错误实验操作导致的后果，规范学生实验操作技能 化学实验中的一些错误操作，只靠教师口授其错误的原因以及可能带来的危害，学生可能半信半疑，效果不好。若用白板模拟这些错误操作及其引起的严重后果，则可使学生明确错误操作所引起的危害性，自觉规范自己的实验操作。如模拟一氧化碳还原氧化铁的实验，实验开始先点燃酒精灯加热，再通一氧化碳的后果；实验完后先停止通一氧化碳再熄灭酒精灯的后果，以及没进行尾气处理而造成一氧化碳中毒事故等，既加深了学生的理解和记忆又规范了学生的实验操作技能。
4、模拟课堂上的疑难实验，打造真实实验场景
实验教学是化学学科的独特魅力，但传统的教学手段在有些实验在课堂上难以实现，借助电子白板就能有效模拟上述实验过程场景，真正让学生身临其境，更能启发学生的求知欲，打造高效化学课堂。
许多疑难实验，这些实验虽不断的改进，但演示效果仍不理想，教师上课演示时耗时长、成功率小，如：木炭还原氧化铜等实验。若采用电子白板模拟这些实验，可以达到仿真的效果，防止了演示时不必要的失败，保证课堂教学的顺利进行。还有些实验虽然实验室能做，但污染严重、危险性大，借助多媒体课件展示，可以让学生形象安全地感知实验内容。如火灾逃生、瓦斯爆炸等。还有些内容与化学生产工艺流程有关，如工业上高炉炼铁、自来水净化工业流程等。这些生产流程也可以通过动画模拟或将工厂的实际生产流程录像给学生看，学生会有身临其境的感觉。
在教学实践中，我已经充分感受到了电子白板与化学课堂整合带来的好处，它能使学生投入广阔的生活空间，而不是拘泥于狭小的、有限的教材，能让学生从生动鲜活的生活万象中观察、思考和感悟化学。同时，电子白板绝非万能它不可能完成一切教学过程，不能完全代替所有的传统媒介。为了打造高效化学课堂，我们必须结合实际化学课堂善于选择何时借助电子白板，如何运用电子白板找好切入点，才能达到理想效果，真正使电子白板成为化学课堂的点睛之笔、升华之笔。
参考文献：
[1] 马其.电子白板在高中化学教学中的应用
[2] 丁兴富，李敬东.从黑板到交互白板的历史进程—对信息技术与课堂教学整合前景的展望[J].中国电化教育，2005，2 [3] 王陆.《交互式电子白板与教学创新:从入门到精通》高等教育出版社
[4] 《中学化学教学参考》第321 321 323 324期陕西师范大学主办
[5] 马春生.基于电子白板的混合式教学中的化学教学模式
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