核磁共振波譜儀應用于本科實驗教學探索

趙瑞明，李嶺領，吳世逵，馬玉剛

(廣東石油化工學院化學工程學院，廣東 茂名 525000)

核磁共振波譜儀應用于本科實驗教學探索

趙瑞明，李嶺領，吳世逵*，馬玉剛

(廣東石油化工學院化學工程學院，廣東 茂名 525000)

通過設計綜合研究型實驗，結合實例介紹了核磁共振波譜在本科生綜合實驗教學中的應用，并在實驗教學過程中對核磁共振譜圖進行解析。實踐證明，這些改革實踐能夠激發學生學習興趣，提升教學質量，提高了學生的綜合運用知識能力以及分析解決實際問題的能力，有利于應用型、創新型人才的培養。

核磁共振譜儀；教學實驗；研究性實驗

核磁共振波譜儀(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 是鑒定有機化合物結構和構象的重要工具之一，廣泛應用于化學、化工、醫藥、生物、醫學、材料等研究領域。是當今各高校和科研單位的重要大型精密儀器設備，在科研工作中起著重要的作用，同時也是培養創新人才的重要途徑[1]。

目前各高校儀器分析課程涉及常見儀器，極少精密儀器。將NMR融入本科實驗教學實踐，是實現當前本科高校將現代分析測試儀器用于本科教學改革這一目標的有效途徑。

廣東石油化工學院注重學生創新能力培養，每年會有大批學生創新創業項目，如 "挑戰杯"大學生課外學術科技作品競賽、大學生創新創業校級培育計劃項目等學校科研創新項目。核磁共振波譜儀作為學校的優質資源，對學校科研及教學提供有利支撐。本文以設計綜合性實驗為例，展開對核磁共振實驗教學的探索與實踐。通過改進教學方法和管理機制，提高學生的實踐能力，促進具有創新性人才的培養。

1 研究性實驗

實驗教學是鞏固理論教學，實現理論知識向能力轉化的重要途徑, 是培養學生綜合素質和創新能力的重要環節。 研究性教學強調從學習生活與科研項目中選擇和確定研究課題[2]，結合自己的實驗教學經驗，以培養創新型人才為目標，引入"探究教學模式"進行了研究型實驗教學改革的探索與實踐，設計了綜合性研究型實驗[3]-核磁共振法對合成產物表征。

運用多媒體輔助教學手段，講解核磁實驗室安全注意事項和核磁共振波譜儀結構組成及工作原理，加強教學過程中的互動環節，鼓勵學生提問，提高實驗教學效果。

實現小組化教學，合理分組每組8人，最大化利用儀器資源，為學生提供一個獨立操作平臺。核磁實驗室儀器現場操作，具體講解樣品制備以及譜儀樣品測試操作流程。學生獨立合成測試樣品操作儀器并運用譜圖處理軟件進行簡單的譜圖處理(包括相位和基線校正、標峰、積分)，分析化合物結構，進而有利于提高教學質量以及學生的綜合素質和科研能力。

1.1 主要實驗試劑和原料

間苯三酚，HPLC(99%)，上海阿拉丁試劑有限公司；乙酰乙酸乙酯，AR，天津市大茂化學試劑廠；1，4-二氧六環，AR，上海凌峰化學試劑有限公司；濃硫酸，AR，衡陽市凱信化工試劑有限公司；乙酸乙酯，AR，廣東省光華科技股份有限公司；氘代二甲基亞砜，美國CIL 公司。

1.2 實驗儀器

Bruker AVANCE III HD 400超導核磁共振(NMR )波譜儀(配備BBFO 寬帶探頭) 。

1.3 實驗方法及條件

合成路線如圖1所示。

圖1 DHMC合成路線

Fig.1 Synthetic route of DHMC

在“探究教學模式”下指導學生采用德國瑞士BrukerAvance-400光譜分析儀對合成實驗中得到產物進行表征得到1H NMR和13C NMR圖譜，氘代試劑DMSO-d6作溶劑，四甲基硅烷(TMS)為定標樣。

試樣溶液的制備: 取10 mg合成得到的化合物5，7-二羥基-4-甲基香豆素(DHMC)與0.6 mL氘代二甲基亞砜中，轉移至5 mm核磁管中，備用。確保使用高品質的樣品管。通過樣品制備，學會核磁測試常規的樣品制備方法，并掌握樣品管的選擇注意事項及氘代試劑的選擇標準，培養運用所學的方法及理論解決實際問題的能力。

1.4 譜儀操作步驟

進樣-鎖場-調諧-勻場-調節參數-采樣-數據處理-打印譜圖及參數。

1.5 實驗結果分析

引導學生根據化學位移與官能團(基團)關系、信號峰的耦合裂分與相鄰官能團質子數關系、吸收峰積分面積與質子數等，對核磁共振氫譜信號進行一一歸屬。同時可以參考運用模擬軟件CHEMDRAW輔助分析圖譜。

圖2 化合物DHMC(溶劑DMSO-d6)的1H NMR譜圖

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

DHMC中共有5種不同化學位移的氫質子，其各自歸屬見圖2。DHMC內酯環甲基上的氫質子位于低場，化學位移約2.56～2.35ppm；內酯環上的氫質子位于低場，對應化學位移分別為6.24ppm，6.17ppm和5.75ppm；苯環上酚羥基位于高場，由于酚羥基核磁不穩定，化學位移10.44ppm和10.29ppm。通過核磁氫譜可以看出，核磁氫譜譜圖中5，7-二羥基-4-甲基香豆素(DHMC)各個譜峰信號都有很好歸屬，說明該實驗成功合成了產物5，7-二羥基-4-甲基香豆素(DHMC)。

在實際工作中，單憑一種波譜往往不能解決問題，對于結構復雜的化合物，如果要確認結構，還需要其他核磁共振譜圖(碳譜、DEPT譜、COSY譜、HSQC譜、HMBC譜)和質譜數據。

2 教學效果評價

課程評價是檢驗教學質量的重要手段，不僅能夠檢驗學生的學習效果，還可讓教師及時發現實驗教學中存在的不足，改進教學方法、提高教學質量[4]。對有機合成產品分析、結構表征的探究教學模式實現了在本科實驗教學中現代儀器分析技術與有機合成的完美結合[5]。

在實驗教學過程中，將教學考核過程分解為課堂提問、樣品處理及儀器基本操作、實驗數據譜圖處理及實驗討論總結等不同內容，分別賦予不同比重的分值進行量化打分，對學生進行綜合評價，以克服傳統課程評價體系單純依靠實驗報告評分的弊端。

3 結論

將核磁共振波譜儀引入本科儀器分析教學，實驗過程中互動教學和小組化教學的開展，能夠在使學生掌握核磁共振波譜儀的構造、基本概念和基本理論及使用方法的同時，加強了理論知識在實踐中的應用，提高學生實驗操作技能，培養科學素養，以滿足社會對高素質應用型人才的需求。

研究性實驗的開展，激發了學生的科研興趣，活躍了學生的思維，能夠鍛煉學生解決實際問題的能力和綜合運用知識的能力，有助于高校創新型人才的培養。同時，對本科生的畢業論文實驗及科研項目的開展具有積極的意義。

[1] 王奎武.核磁共振的實驗教學與儀器管理的探索與實踐[J].科技文匯,2013，237：75-76.

[2] 陶呈安，王建方，朱 慧，等．染料敏化太陽能電池的研究型實驗教學初探[J]．實驗室科學，2013，16(2)：33-36．

[3] 陳連清，周忠強，羅冬冬，等.核磁共振法無損傷測定茶葉中咖啡因含量研究型實驗教學初探[J].實驗室科學，2015，18(2)：31-34 .

[4] 王 聰，王遠紅，王 義，等.核磁共振波譜儀引入儀器分析實驗教學的探索[J].實驗技術與管理，2016，33(7)：160-162.

[5] 趙華絨，秦敏銳，蔡黃菊，等.引入探索教學模式培養學生的綜合能力[J].實驗室研究與探索，2016，35(9)：165-168.

(本文文獻格式：趙瑞明，李嶺領，吳世逵，等.核磁共振波譜儀應用于本科實驗教學探索[J].山東化工，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

廣東省橡塑材料制備與加工工程技術研究開發中心開放基金(650808、650803)；廣東石油化工學院人才引進項目(2016rc03)和青年創新人才培育項目(2016qn23)；2016大學生創新創業校級培育計劃項目(2016pyA003, 2016pyA010)

趙瑞明(1989—)，女，山東菏澤人，實驗師，碩士，主要從事儀器分析與管理；通信作者：吳世逵(1965—)，廣東人，教授，主要從事石油資源加工研究及教學管理。

G642.0

A

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