基于核磁共振技术的氟化物扩散排序谱的测试方法

摘要

本发明涉及化学分析领域，尤其是指一种基于核磁共振技术的氟化物扩散排序谱(

说明书

技术领域

本发明涉及化学分析领域，尤其是指一种基于核磁共振技术的氟化物扩散排序谱(¹⁹F‐DOSY)的测试方法。

背景技术

在有机化学的发展研究过程中，有机氟化学是研究过程中的一个重要分支。由于氟的原子半径小，电负性强等特点，含氟化合物往往具有独特的化学、物理和生物性能，目前含氟有机化学材料、军工材料、含有氟元素的润滑剂、聚四氟乙烯、含氟药物、表面活性剂、功能涂料及含氟农药中间体的合成都大大促进了氟化学的发展。

目前含氟化合物的测试方法有氟离子选择电极法，测定的氟是离子氟，不能直接测定结合状态的氟及有机氟，比色法，操作繁琐，对试剂要求甚高；气相色谱法，该方法具有敏感度高，不受其它离子干扰，重复性佳等优点，但是生物材料仍需要预处理无机化等。这些方法都有一定的局限性，共同的缺陷就是不能确是含氟化合物的种类与结构，测试方法相对复杂，且对氟元素的定性和定量的方法又少。核磁共振(NMR)波谱学是研究物质结构的一门学科，它在成分和结构分析方面有着较其它分析手段突出而明显的优势，例如对样品的限制条件少、不破坏样品，能尽量在保持样品初态的情况下完成测试。¹⁹F的天然丰度为100％，自旋量子数I＝1/2，其磁矩为2.6273核磁子。在核数目相等、磁场相同的条件下，其相对灵敏度为质子的83.4％，在频率相同的情况下为质子的94.1％。因此，核磁共振氟谱(¹⁹F>19F>19F的测定干扰少等优点。

应用¹⁹F>

目前，核磁共振扩散排序谱DOSY技术成为核磁共振领域的研究热点之一，但以¹⁹F作为检测核的¹⁹F‐DOSY测试方法或相关技术未见报道。本发明涉及一种特殊的核磁共振谱¹⁹F>19F谱和DOSY谱的检测条件，建立基于NMR技术的氟化物扩散排序谱(¹⁹F‐DOSY)测试方法；该发明结果亦可为混合物分析、超分子、分子自组装、材料等复杂体系的剖析提供一个可借鉴参考的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种可直接测定氟化物核磁共振扩散排序谱的方法。

本发明采用如下技术方案：一种基于核磁共振技术的氟化物扩散排序谱(¹⁹F‐DOSY)的测试方法，所述方法包括如下步骤：

1)称取样品装入试管，加入氘代溶剂DMSO，超声溶解充分，转入核磁管中，然后将装好样品的试管放入核磁谱仪的检测磁体中；

2)在仪器工作站里选择相应氘代溶剂，进行调谐、匀场、锁场；

3)设置¹⁹F的测试参数：打开脉冲序列，设置实验条件包括谱宽范围、脉冲前弛豫延迟时间、脉冲宽度的设置、扫描次数、采集模式；

其中，所述脉冲序列的主要内容是：以氟为观测核，经过一个脉冲前弛豫延迟时间(d1)，使磁化矢量处于热平衡态；加一个矩形180°激发脉冲(p1)，经过一段脉冲间隔时间(d2)后加上一个矩形90°脉冲(pw)；最后紧跟着是采样期(at)，用于采集最终信号；

4)设置¹⁹F‐DOSY的测试参数：将步骤3)中的¹⁹F的测试结果转入到DOSY实验参数中，打开脉冲序列，设置实验条件：包括谱宽范围、脉冲前弛豫延迟时间、脉冲宽度的设置、扫描次数、采集模式；

其中，所述脉冲序列的主要内容是：以氟为观测核，一个脉冲前弛豫延迟时间d1，使磁化矢量处于热平衡态；加一个矩形90°脉冲pw；经过一段梯度稳态延迟时间gstab，加一个矩形180°脉冲pw*2.0；经过一段梯度稳态延迟时间gstab，加一个矩形90°脉冲pw；经过一段修正的延迟时间delcor后，加一个矩形90°脉冲pw；经过一段梯度稳态延迟时间gstab后，加一个矩形180°脉冲pw*2.0；再经过一段梯度稳态延迟时间gstab；最后紧跟着是采样期at，用于采集最终信号；其中矩形脉冲pw*2.0的宽度为矩形脉冲pw的两倍。

5)完成实验参数设置后，直接执行数据采样；

6)当数据采样全部完成后，进行数据后处理，得到¹⁹F‐DOSY的扩散系数(D)。

优选的，步骤4)中，所述的脉冲前弛豫延迟时间(d1)为0.5‐3.0s。

优选的，所述的脉冲前弛豫延迟时间(d1)为1.0s。

优选的，所述的一个矩形90°脉冲的脉冲时间(pw)为10.0μs。

优选的，所述的采样期(at)为1.153s。

优选的，步骤4)中包括设定d1值的步骤，最小d1值设为0.5s，最大d1值设为3.0s。

优选的，步骤4)中，对于不同浓度的样品，扫描次数设为8‐128次，优选为64次。

优选的，在步骤6)中，所述数据后处理的过程如下：(a)先将数据采样的谱图进行加窗函数处理；(b)标出目标峰的化学位移；(c)执行指数数据分析，得到不同频率峰对应的D数值。

本发明所述的180°脉冲是指将宏观磁化矢量偏转180°的RF脉冲，90°脉冲是指将宏观磁化矢量偏转90°的RF脉冲，所谓矩形180°脉冲或矩形90°脉冲是指该脉冲为呈矩形。

本发明通过脉冲序列的设计以氟为观测核来测定¹⁹F的DOSY谱。目前仪器使用的测量DOSY的脉冲序列是以氢为观测核，因此无法用于¹⁹F的DOSY测量。在此基础上，本发明改变了观测核，由氢核变为氟核，并且优化了相关参数。本发明能够克服以氢为观测核的检测方式的不足，因现有的检测方法无法用来测定¹⁹F的DOSY，为样品中含氟的DOSY测定提供了一种简便有效的手段。

附图说明

图1是本发明的测量氟核¹⁹F的脉冲序列，

其中，脉冲序列的时序分为预备期、演化期和检测期三个时期，在预备期经过一段脉冲前的弛豫延迟时间(d1)；在演化期x轴上加一个矩形180°激发脉冲(p1)，经过脉冲间隔时间(d2)后再加上一个矩形90°脉冲(pw)；在检测期设置采样时间(at)，接收机记录自由衰减信号。

脉冲前的弛豫延迟时间(d1)为1.0s，矩形180°脉冲(p1)为1.0μs，脉冲间隔时间(d2)为1.0μs，矩形90°脉冲(pw)为3.333μs，脉冲后的采样时间(at)为1.153μs，扫描次数(nt)为64次。

图2是本发明的测量¹⁹F‐DOSY的脉冲序列。

其中，脉冲序列的时序分为预备期、演化期和检测期三个时期，在预备期经过一段脉冲前的弛豫延迟时间(d1)；在演化期加一个矩形90°脉冲(pw)；经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)后，加一个矩形180°脉冲(pw*2.0)；经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)后，加一个矩形90°脉冲(pw)；经过一段修正的延迟时间(delcor)后，加一个矩形90°脉冲(pw)；经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)后，加一个矩形180°脉冲(pw*2.0)；再经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)；在检测期设置采样时间(at)，接收机记录自由衰减信号。

脉冲前的弛豫延迟时间(d1)为1.0s，矩形90°脉冲(pw)为10.0μs，梯度稳态延迟时间(gstab)为500.0μs，延迟时间(delcor)为76.73μs，脉冲后的采样时间(at)为1.153μs，扫描次数(nt)为64次；

图3样品中不同氟的核磁共振¹⁹F谱图；

图4样品中不同氟的核磁共振¹⁹F‐DOSY谱图。

具体实施方式

本发明所提出的方法能够测定氟化物样品中的扩散系数D，对氟化物的理化性质、动力学特征、相互作用等的结构剖析和研究有非常重要的指导意义。

实施例1：

将本发明所提出的方法用于测定氟化物样品中氟的扩散系数D作为一个实施例，用这个具体的实施例来验证本发明在测定氟化物的D中的可行性。实验所采用的样品是氟代乙酮，实验测试是在一台Agilent 600MHz NMR谱议(Agilent，USA)下进行，整个实验过程没有对样品进行任何样品预处理、没有改动仪器硬件设施。按照本发明所提出方法的操作流程，具体步骤如下：

步骤1，称取样品装入试管，加入氘代溶剂DMSO，超声溶解充分，转入核磁管中，然后将装好样品的试管放入核磁谱仪的检测磁体中；

步骤2，在仪器工作站里选择相应氘代溶剂，进行调谐、匀场、锁场；

步骤3，打开脉冲序列，设置实验条件：包括谱宽范围、脉冲前弛豫延迟时间、采集时间、扫描次数、采集模式；

其中，所述脉冲序列的主要内容是：以氟为观测核，一个脉冲前弛豫延迟时间(d1)，使磁化矢量处于热平衡态；加一个矩形180°脉冲(p1)，经过一段脉冲间隔时间(d2)后加上一个矩形90°脉冲(pw)；最后紧跟着是采样期(at)，用于采集预实验信号；本实施例中，实验参数设置如下：直接维谱宽sw为83333Hz，脉冲前弛豫延迟时间d1为1.0s，矩形90°脉冲的脉冲时间为1.0μs，单个采样期的采样时间at为1.153s，重复扫描次数nt为64次，整个采样时间为8min，如图1所示。

步骤4，完成实验参数设置后，直接执行数据预采样。

步骤5，当数据预采样全部完成后，进行数据后处理，得到氟¹⁹F‐NMR谱，如图3所示。

步骤6，根据图3的氟¹⁹F‐NMR谱优化的实验参数，包括脉冲前弛豫延迟时间和采样时间，将这些实验参数用于下一步¹⁹F‐DOSY的脉冲序列，优化后的脉冲序列的主要内容为：以氟为观测核，一个脉冲前弛豫延迟时间(d1)，使磁化矢量处于热平衡态；加一个矩形90°脉冲(pw)；经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)后，加一个矩形180°脉冲(pw*2.0)；经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)后，加一个矩形90°脉冲(pw)；经过一段修正的延迟时间(delcor)后，加一个矩形90°脉冲(pw)；经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)后，加一个矩形180°脉冲(pw*2.0)；再经过一段梯度稳态延迟时间(gstab)；最后紧跟着是采样期(at)，用于采集最终信号；其中，其中矩形脉冲pw*2.0的宽度为矩形脉冲pw的两倍；直接维谱宽sw为227272Hz，脉冲前弛豫延迟时间d1为1.0s，矩形90°脉冲的脉冲时间为10.0μs，梯度稳态延迟时间(gstab)为500.0μs，延迟时间(delcor)为76.73μs，单个采样期的采样时间at为1.153s，重复扫描次数nt为64次，整个采样时间为0.5h。

步骤7，将步骤5)中的¹⁹F的测试结果转入到DOSY实验参数中，打开优化后的脉冲序列，并优化实验条件：包括谱宽范围、脉冲前弛豫延迟时间、脉冲宽度的设置、扫描次数、采集模式，执行数据采样。

步骤8，当数据采样全部完成后，得到样品中不同氟的核磁共振¹⁹F‐DOSY谱图，如图4所示。进行数据后处理，得到¹⁹F‐DOSY的扩散系数(D)。具体过程如下：先将谱图进行加窗函数处理；在“process”界面点击“calculate>19F‐DOSY的扩散系数(D)。

实施例2

如表1所示，本发明对脉冲前弛豫延迟时间(d1)进行了优选，分别设弛豫延迟时间(d1)为0.5s，1.0s，2.0s，3.0s，发现当d1为1.0s时，测得的D变化不大，基本稳定，故优选d1设为1.0s。

表1样品中氟在不同弛豫延迟时间(d1)的扩散系数D表

实施例3

如表2所示，本发明对氟核的90°脉冲(pw)进行了重新检测，在新的条件下(90°脉冲为10.0μs)，测得的D变化增大，说明对90°脉冲的优化较有效，故优选脉冲宽度设为10.0μs。

表2样品中氟在不同90°脉冲(pw)的扩散系数D表

实施例4

如表3所示，本发明根据检测的直接维谱宽sw为227272Hz，调整了采样期的采样时间at，由1.00s设置为1.153s，发现测得的D变化增大，说明对采样时间的优化较为有效，故优选采样时间at为1.153s。

表3样品中氟在不同采样时间(at)的扩散系数D表

实施例5

如表4所示，本发明对扫描次数(nt)进行了优选，分别设置8次、64次和128次，发现扫描64次与128次的结果已变化不大，趋于稳定，说明对扫描次数的优化较为有效且扫描64次已足够，故扫描次数nt为64次。

表4样品中氟在不同扫描次数(nt)的扩散系数D表

从以上表中可以看出，本发明所提出的方法能够测定样品中氟的扩散系数D数值，这有利于剖析氟化物分子的动力学特性。由此可见，利用本发明所述的方法能够测定样品中氟化物的D数值，而且当直接维谱宽sw为227272Hz，脉冲前弛豫延迟时间d1为1.0s，矩形90°脉冲的脉冲时间为10.0μs，单个采样期的采样时间at为1.153s，重复扫描次数nt为64次，整个采样时间为0.5h时，效果最佳。