核磁共振波谱仪应用于本科实验教学探索

赵瑞明，李岭领，吴世逵，马玉刚

(广东石油化工学院化学工程学院，广东 茂名 525000)

核磁共振波谱仪应用于本科实验教学探索

赵瑞明，李岭领，吴世逵*，马玉刚

(广东石油化工学院化学工程学院，广东 茂名 525000)

通过设计综合研究型实验，结合实例介绍了核磁共振波谱在本科生综合实验教学中的应用，并在实验教学过程中对核磁共振谱图进行解析。实践证明，这些改革实践能够激发学生学习兴趣，提升教学质量，提高了学生的综合运用知识能力以及分析解决实际问题的能力，有利于应用型、创新型人才的培养。

核磁共振谱仪；教学实验；研究性实验

核磁共振波谱仪(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 是鉴定有机化合物结构和构象的重要工具之一，广泛应用于化学、化工、医药、生物、医学、材料等研究领域。是当今各高校和科研单位的重要大型精密仪器设备，在科研工作中起着重要的作用，同时也是培养创新人才的重要途径[1]。

目前各高校仪器分析课程涉及常见仪器，极少精密仪器。将NMR融入本科实验教学实践，是实现当前本科高校将现代分析测试仪器用于本科教学改革这一目标的有效途径。

广东石油化工学院注重学生创新能力培养，每年会有大批学生创新创业项目，如 "挑战杯"大学生课外学术科技作品竞赛、大学生创新创业校级培育计划项目等学校科研创新项目。核磁共振波谱仪作为学校的优质资源，对学校科研及教学提供有利支撑。本文以设计综合性实验为例，展开对核磁共振实验教学的探索与实践。通过改进教学方法和管理机制，提高学生的实践能力，促进具有创新性人才的培养。

1 研究性实验

实验教学是巩固理论教学，实现理论知识向能力转化的重要途径, 是培养学生综合素质和创新能力的重要环节。 研究性教学强调从学习生活与科研项目中选择和确定研究课题[2]，结合自己的实验教学经验，以培养创新型人才为目标，引入"探究教学模式"进行了研究型实验教学改革的探索与实践，设计了综合性研究型实验[3]-核磁共振法对合成产物表征。

运用多媒体辅助教学手段，讲解核磁实验室安全注意事项和核磁共振波谱仪结构组成及工作原理，加强教学过程中的互动环节，鼓励学生提问，提高实验教学效果。

实现小组化教学，合理分组每组8人，最大化利用仪器资源，为学生提供一个独立操作平台。核磁实验室仪器现场操作，具体讲解样品制备以及谱仪样品测试操作流程。学生独立合成测试样品操作仪器并运用谱图处理软件进行简单的谱图处理(包括相位和基线校正、标峰、积分)，分析化合物结构，进而有利于提高教学质量以及学生的综合素质和科研能力。

1.1 主要实验试剂和原料

间苯三酚，HPLC(99%)，上海阿拉丁试剂有限公司；乙酰乙酸乙酯，AR，天津市大茂化学试剂厂；1，4-二氧六环，AR，上海凌峰化学试剂有限公司；浓硫酸，AR，衡阳市凯信化工试剂有限公司；乙酸乙酯，AR，广东省光华科技股份有限公司；氘代二甲基亚砜，美国CIL 公司。

1.2 实验仪器

Bruker AVANCE III HD 400超导核磁共振(NMR )波谱仪(配备BBFO 宽带探头) 。

1.3 实验方法及条件

合成路线如图1所示。

图1 DHMC合成路线

Fig.1 Synthetic route of DHMC

在“探究教学模式”下指导学生采用德国瑞士BrukerAvance-400光谱分析仪对合成实验中得到产物进行表征得到1H NMR和13C NMR图谱，氘代试剂DMSO-d6作溶剂，四甲基硅烷(TMS)为定标样。

试样溶液的制备: 取10 mg合成得到的化合物5，7-二羟基-4-甲基香豆素(DHMC)与0.6 mL氘代二甲基亚砜中，转移至5 mm核磁管中，备用。确保使用高品质的样品管。通过样品制备，学会核磁测试常规的样品制备方法，并掌握样品管的选择注意事项及氘代试剂的选择标准，培养运用所学的方法及理论解决实际问题的能力。

1.4 谱仪操作步骤

进样-锁场-调谐-匀场-调节参数-采样-数据处理-打印谱图及参数。

1.5 实验结果分析

引导学生根据化学位移与官能团(基团)关系、信号峰的耦合裂分与相邻官能团质子数关系、吸收峰积分面积与质子数等，对核磁共振氢谱信号进行一一归属。同时可以参考运用模拟软件CHEMDRAW辅助分析图谱。

图2 化合物DHMC(溶剂DMSO-d6)的1H NMR谱图

Fig.2 1H NMR of DHMC(in DMSO-d6)

DHMC中共有5种不同化学位移的氢质子，其各自归属见图2。DHMC内酯环甲基上的氢质子位于低场，化学位移约2.56～2.35ppm；内酯环上的氢质子位于低场，对应化学位移分别为6.24ppm，6.17ppm和5.75ppm；苯环上酚羟基位于高场，由于酚羟基核磁不稳定，化学位移10.44ppm和10.29ppm。通过核磁氢谱可以看出，核磁氢谱谱图中5，7-二羟基-4-甲基香豆素(DHMC)各个谱峰信号都有很好归属，说明该实验成功合成了产物5，7-二羟基-4-甲基香豆素(DHMC)。

在实际工作中，单凭一种波谱往往不能解决问题，对于结构复杂的化合物，如果要确认结构，还需要其他核磁共振谱图(碳谱、DEPT谱、COSY谱、HSQC谱、HMBC谱)和质谱数据。

2 教学效果评价

课程评价是检验教学质量的重要手段，不仅能够检验学生的学习效果，还可让教师及时发现实验教学中存在的不足，改进教学方法、提高教学质量[4]。对有机合成产品分析、结构表征的探究教学模式实现了在本科实验教学中现代仪器分析技术与有机合成的完美结合[5]。

在实验教学过程中，将教学考核过程分解为课堂提问、样品处理及仪器基本操作、实验数据谱图处理及实验讨论总结等不同内容，分别赋予不同比重的分值进行量化打分，对学生进行综合评价，以克服传统课程评价体系单纯依靠实验报告评分的弊端。

3 结论

将核磁共振波谱仪引入本科仪器分析教学，实验过程中互动教学和小组化教学的开展，能够在使学生掌握核磁共振波谱仪的构造、基本概念和基本理论及使用方法的同时，加强了理论知识在实践中的应用，提高学生实验操作技能，培养科学素养，以满足社会对高素质应用型人才的需求。

研究性实验的开展，激发了学生的科研兴趣，活跃了学生的思维，能够锻炼学生解决实际问题的能力和综合运用知识的能力，有助于高校创新型人才的培养。同时，对本科生的毕业论文实验及科研项目的开展具有积极的意义。

[1] 王奎武.核磁共振的实验教学与仪器管理的探索与实践[J].科技文汇,2013，237：75-76.

[2] 陶呈安，王建方，朱 慧，等．染料敏化太阳能电池的研究型实验教学初探[J]．实验室科学，2013，16(2)：33-36．

[3] 陈连清，周忠强，罗冬冬，等.核磁共振法无损伤测定茶叶中咖啡因含量研究型实验教学初探[J].实验室科学，2015，18(2)：31-34 .

[4] 王 聪，王远红，王 义，等.核磁共振波谱仪引入仪器分析实验教学的探索[J].实验技术与管理，2016，33(7)：160-162.

[5] 赵华绒，秦敏锐，蔡黄菊，等.引入探索教学模式培养学生的综合能力[J].实验室研究与探索，2016，35(9)：165-168.

(本文文献格式：赵瑞明，李岭领，吴世逵，等.核磁共振波谱仪应用于本科实验教学探索[J].山东化工，2017，46(12)：181-182，187.)

Exploration of Using NMR Instruments in undergraduates Teaching Experiment

ZhaoRuiming，LiLingling，WuShikui*,MaYugong

(School of Chemical Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)

The application of Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) in undergraduates experiment teaching and analysis for nuclear magnetic resonance spectra were introduced through the integration research-oriented experiment. The teaching quality and students' were improved obviously as well as the ability of integrated use of knowledge and problems solving. It was beneficial to cultivate application-oriented talents and innovation- oriented talents.

NMR；teaching experiment；research-oriented experiment

2017-04-23

广东省橡塑材料制备与加工工程技术研究开发中心开放基金(650808、650803)；广东石油化工学院人才引进项目(2016rc03)和青年创新人才培育项目(2016qn23)；2016大学生创新创业校级培育计划项目(2016pyA003, 2016pyA010)

赵瑞明(1989—)，女，山东菏泽人，实验师，硕士，主要从事仪器分析与管理；通信作者：吴世逵(1965—)，广东人，教授，主要从事石油资源加工研究及教学管理。

G642.0

A

1008-021X(2017)12-0181-02