شاید مهمترین طیف سنجی در شناسایی ساختار گسترده ی ترکیبات آلی طیف سنجی HNMR باشد. اهمیت طیف سنجیNMR به این دلیل است که تقریبا تمامی ترکیبات آلی دارای هیدروژن عادی میباشند و چون در واقع تمامی هیدروژن های موجود در ترکیبات آلی دارای ایزوتوپ پروتون هستند لذا تمامی ترکیبات آلی قابل استفاده در این دستگاه میباشند. اطلاعاتی که این دستگاه به ما میدهد نقش بسیار مهمی در یافتن ساختار گسترده ی مولکول دارد و عملا بدون این طیف سنجی ساختار گسترده ای که رسم میکنیم بسیار نامطمئن خواهد بود. این دستگاه نمونه را تخریب نکرده و میتوان نمونه را دوباره بازیابی کرد

 

 

طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR)

 

 

     رزونانس مغناطیسی هسته (NMR) نامی برای مطالعه جذب تابش فرکانس رادیویی توسط هسته است. عبارت NMR ساده شده Nuclear Magnetic Resonance است. این روش برای مطالعه و تعیین ساختار ترکیب مواد و یا سنتز شیمیایی استفاده میشود. روش آنالیز NMR موثرتر از روش های دیگر طیف سنجی مولکولی است اما به دلیل بالا بودن هزینه های آنالیز مانند روش طیف سنجی مادون قرمز(FT-IR) متداول و در دسترس نیست. در مجموع نمی­توان از کاربرد  NMRدر پزشکی، دارویی، صنایع غذایی، شیمیایی و کشاورزی چشم پوشی کرد. اساس این روش بر مبنای اندازه گیری، تابش الکترومغناطیس، در محدوده فرکانس رادیویی 4 تا 1000 مگاهرتز(MHZ) است. برخلاف دیگر روش های طیف سنجی مانند (FT-IR) و UV/Visible، که در آنها الکترون در فرایند جذب و انتقال انرژی درگیر است، در NMR هسته اتم درگیر فرایند جذب است.

 

آماده سازی نمونه ها برای آنالیز NMR

 

     از الزامات انجام آنالیز NMR  آن است که نمونه ها باید محلول باشند. در  روش1H NMR حلال های خاصی استفاده می شوند که دارای پروتون نیستند و در آن ها به جای هیدروژن، «دوتریم» وجود دارد. از آنجاییکه این حلال ها فاقد اتم هیدروژن می باشند در طیف NMRنامرئی هستند به زبان ساده تر مزاحمت شیمیایی حلال حذف می گردد. محلول نمونه در یک لوله شیمیایی ویژه به نام تیوب NMR در مرکز مغناطیسی تحت چرخش قرار می گیرد،تا محلول یکنواخت تری برای آنالیز آماده شود معمولا از تترا متیل سیلان (TMS) به عنوان ماده مرجع برای جابه جایی شیمیایی در NMR استفاده می شود، به این صورت که جابه جایی شیمیایی آن صفر در نظر گرفته می شود. کلروفرم دو تره ( کلروفرمی که به جای هیدروژن های آن دوتریمD جایگزین شده است) بیشترین استفاده را درآنالیزNMR برای ترکیبات غیر قطبی دارد. برای ترکیبات قطبی تر حلال های دوتره ی دیگری ( نظیر استونACETON دی متیل سولفوکسیدDMSO و آب سنگین D2Oبه کار می رود

 

نکات مهم در تهیه نمونه برای آنالیز NMR

 

 

1- نمونه‌های پودری جهت طیف H، P و F NMR به میزان 5 تا 10 میلی‌گرم موردنیاز است که این مقدار باید در 0.5 تا 0.7 سی‌سی از حلال دوتره به طور کامل حل شود. نمونه‌های موردنظر باید کاملاً خشک و عاری از هرگونه حلال عادی (غیر دوتره) باشند.

 

2- نمونه‌های پودری جهت طیف C NMR به میزان 30 تا 40 میلی‌گرم موردنیاز است که این مقدار باید در 0.5 تا 0.7 سی‌سی از حلال دوتره به طور کامل حل شود ولی اگر نمونه به صورت مایع باشد سه تا چهار قطره نیز کافیست. نمونه‌های موردنظر باید کاملاً خشک و عاری از هرگونه حلال عادی (غیر دوتره) باشند.

3-قبل از شروع آنالیزNMR از حل شدن نمونه در حلال انتخابی اطمینان حاصل کنید. در صورت عدم انحلال پیک حلال مشاهده  و نتایج حاصله را تحت تاثیر قرار خواهد داد.

 

 

روش انجام آزمون NMR

 

برای انجام آنالیز NMR لازم است ابتدا نمونه در یک دمای مشخص خشک شود تا رطوبت و یا حلال احتمالی باقی مانده در نمونه از آن خارج شود و سپس نمونه در حلال مخصوص(فاقد هیدروژن) حل شود. حل شدن در حلال الزامی نیست ولی نمونه حل شده نتایج بهتر و دقیق‌تری را ارائه می‌دهد. حلال های استفاده شده برای حل کردن نمونه نباید دارای هیدروژن باشند به همین دلیل نمونه باید قابلیت حل شدن در یکی از حلال های زیر را داشته باشد:

 

CDCL3

 

DMSO-d6

 

D2O

 

Acetone-d6

 

منظور از D در فرمول‌ها ،اتم دوتریوم(ایزوتوپ سنگین هیدروژن ) است و نوع حلال باید بسته نوع ترکیب مورد آنالیز (قطبی یا غیر قطبی) انتخاب شود. بعد از انحلال نمونه، نمونه در درون دستگاه قرار داده می‌شود تا مورد بررسی قرار گیرد. در آنالیز NMR امکان بررسی اتم‌های هیدروژنH، کربنC، فسفرP و فلوئورF وجود دارد.

 

تحلیل داده های آنالیز NMR

 

یک نمودار آنالیز NMR چهار مطلب را بیان می کند:

 

تعداد سیگنال های مختلف نشان دهنده تعداد انواع مختلف کربن در ترکیب است.

 

 مکان سیگنال ها و یا جابجایی شیمیایی نشان دهنده نوع گروه های عاملی و چگونگی هیبریداسیون است.

 

نسبت مساحت هر پیک به مساحت کل نشان دهنده نسبت فراوانی آن نوع کربن است.

 

 تعداد شاخه های هر قله شاخصی برای شمارش تعداد پروتن های همسایه آن کربن است. اگر n هیدروژن غیر یکسان با

هیدروژن مورد نظر داشته باشیم و آنها نسبت به یکدیگر یکسان باشند، (n+1) شاخه خواهیم داشت. مودارهای مربوط به H NMR شامل دو محور میباشد که محور افقی مربوط به میدان مغناطیسی است و اعداد روی آن، اعداد مربوط به جابجایی شیمیایی (CS) میباشد و محور عمودی میزان شدت را نشان میدهد. مساحت زیر نمودار هر یک از پیک ها تعداد هیدروژن های دارای ویژگی های آن پیک را به ما میدهد. در HN.M.R  از ترکیب تترا متیل سیلان SiC4H12 (TMS) به عنوان یک مبنا و مبدا استفاده میکنیم به این صورت که عدد جابجایی شیمیایی را برای TMS برابر با 0 در نظر گرفته و باقی ترکیبات را با آن میسنجیم. به این دلیل از TMS استفاده میکنیم که هم دارای 12 هیدروژن میباشد و هم در کمترین میدان مغناطیسی به ما پیک میدهد. البته امروزه در دستگاه های جدید HNMR دیگر از TMS استفاده نمیشود و دستگاه برای تعیین مبدا از هیدروژن های موجود در خود نمونه استفاده میکند.

در HNMR قاعده ای به نام قاعده ی چندتایی شدن به صورت زیر داریم:

2nI+1

                                               

و چون همواره اسپین هسته هیدروژن برابر 2/1 میباشد رایطه بالا به صورت زیر در می آید:

                                                                                                                                        n+1            

اعداد بدست آمده یکی از مقادیر یک یا دو یا سه و ... میتواند باشد که بستگی به عدد n دارد. با توجه به عدد به دست آمده از رابطه ی بالا ما انواع هیدروژن را به نام های تکی (singlet)، دوتایی (doublet)، سه تایی (triplet) و چهار تایی (quartet) را تعریف میکنیم. البته ما هیدروژن بیشتر ازquartet نیز داریم که  یا میتوانیم به ترتیب quintet، sextet، septet و ... نامگزاری کنیم یا به صورت کلی بالاتر از چهار تایی را چندتایی یا multiplet بنامیم. اگر عدد ما یک باشد هیدروژن ما singlet و اگر دو باشد doublet و به همین ترتیب triplet و quartet و multiplet میباشد. ممکن است ما دو هیدروژن triplet داشته باشیم ولی این دو هیدروژن یکسان نباشند برای مثال در 1-کلرو اتان هیدروژن های متصل به کربن شماره ی 1  تریپلت میباشد اما چون به کربن شماره 1 کلر نیز وصل است در نمودار پیک مربوط به هیدروژن های متصل به کربن 1 با کربن 2 فرق دارد. پیک های مربوط به هر یک از انواع هیدروژن را میتوانید در شکل مشاهده کنید. دلیل تفاوت در شدت های موجود در یک پیک تفاوت در میزان تاثیرات میدان مغناطیسی میباشد که هر هیدروژن در اطراف خود ایجاد میکند و بر روی هیدروژن های دیگر تاثیر میگذارد و به همین دلیل هم هست که در پیک هایی که دستگاه به ما میدهد تعداد هیدروژن های عناصر مجاور نیز دیده میشود.

 

 

 

 

"مباني NMR" "آناليز NMR" "نمونهNMR" "طيف NMR" "حلال NMR" "حلال دوتره" "حلال هاي NMR" "طيف سنجي NMR" "قاعده چندتايي شدن در NMR"

 

براي خريد حلال هاي دوتره -حلال هاي NMR كليك كنيد