Skip to content · ⁨Bỏ qua nội dung⁩

Analytical techniques · ⁨Kỹ thuật phân tích⁩

A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · Topic 37 · ⁨Chủ đề 37⁩

Video lesson for this topic · ⁨Bài học video cho chủ đề này⁩ Open the video page · ⁨Mở trang video⁩
8:06

Kỹ thuật phân tích (A2): NMR

Đây là bảy phân tử khác nhau. Mỗi phân tử đều có năm carbon, mười hydro và một oxy, và mỗi phân tử đều chứa nhóm carbonyl. Cân chúng bằng máy mass…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Giọng đọc tiếng Anh · phụ đề tiếng Anh + 中文 được ghi trực tiếp⁩

37.1

Thin-layer chromatography · ⁨Sắc ký lớp mỏng⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. describe and understand the terms (a) stationary phase, for example aluminium oxide (on a solid support) (b) mobile phase; a polar or non-polar solvent (c) $R_{\text{f}}$ value (d) solvent front and baseline
  2. interpret $R_{\text{f}}$ values
  3. explain the differences in $R_{\text{f}}$ values in terms of interaction with the stationary phase and of relative solubility in the mobile phase
Tiếng Việt
  1. mô tả và hiểu các thuật ngữ (a) giai đoạn cố định, ví dụ như nhôm oxit (trên chất mang rắn) (b) giai đoạn di chuyển; dung môi phân cực hoặc không phân cực (c) giá trị $R_{\text{f}}$ (d) đường biên dung môi và đường gốc
  2. giải thích ý nghĩa của các giá trị $R_{\text{f}}$
  3. giải thích sự khác biệt về các giá trị $R_{\text{f}}$ dựa trên tương tác với giai đoạn cố định và độ tan tương đối trong giai đoạn di chuyển

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

Chromatography 色谱 separates a mixture using two "phases" — one that stays still and one that moves. In thin-layer chromatography 薄层色谱 (TLC):

  • the stationary phase 固定相 stays still (for example aluminium oxide on a plate).
  • the mobile phase 流动相 moves (a polar or non-polar solvent that travels up the plate).
  • the baseline 基线 is the starting line where the spots are placed; the solvent front 溶剂前沿 is the highest level the solvent reaches.

The $R_{\text{f}}$ value compares how far a spot moves with how far the solvent moves:

$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the spot}}{\text{distance moved by the solvent front}}$$

It is always between 0 and 1. A substance that sticks more strongly to the stationary phase, or is less soluble in the mobile phase, moves less and has a smaller $R_{\text{f}}$.

Tiếng Việt

Sắc ký tách một hỗn hợp sử dụng hai "môi trường" — một môi trường cố định và một môi trường di chuyển. Trong sắc ký lớp mỏng (TLC):

  • môi trường cố định giữ nguyên vị trí (ví dụ: nhôm oxide trên tấm bản).
  • môi trường di chuyển di chuyển (dung môi phân cực hoặc không phân cực di chuyển lên tấm bản).
  • đường gốc là đường khởi đầu nơi các chấm mẫu được đặt; vạch dung môi là mức cao nhất mà dung môi đạt đến.

Giá trị $R_{\text{f}}$ so sánh khoảng cách một chấm mẫu di chuyển với khoảng cách dung môi di chuyển:

$$R_{\text{f}} = \frac{\text{distance moved by the spot}}{\text{distance moved by the solvent front}}$$

Nó luôn nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Một chất bám dính mạnh hơn vào môi trường cố định, hoặc ít tan hơn trong môi trường di chuyển, sẽ di chuyển ít hơn và có giá trị $R_{\text{f}}$ nhỏ hơn.

Tấm TLC với đường gốc, vạch dung môi và một chấm mẫu đã di chuyển một đoạn, với khoảng cách của chấm mẫu và dung môi được đánh dấu
Sắc ký lớp mỏng: giá trị $R_\text{f}$ là khoảng cách chấm mẫu di chuyển chia cho khoảng cách vạch dung môi di chuyển
Một tấm TLC đã phát triển đang phát sáng dưới ánh sáng tử ngoại
Một tấm TLC thực tế dưới ánh sáng UV: mỗi chấm phát sáng là một thành phần đã được tách của hỗn hợp
Explore · ⁨Khám phá⁩

TLC route · ⁨Lộ trình TLC⁩

Follow a spot up a plate and use Rf to identify substances. · ⁨Theo dõi một đốm lên tấm và dùng Rf để xác định các chất.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
chromatography/krəʊməˈtɒɡrəfi/ sắc ký
thin-layer chromatography/θɪn ˈleɪə krəʊməˈtɒɡrəfi/ sắc ký lớp mỏng (TLC)
stationary phase/ˈsteɪʃənəri feɪz/ pha tĩnh
mobile phase/ˈməʊbaɪl feɪz/ pha di chuyển
baseline/ˈbeɪslaɪn/ baseline
solvent front/ˈsɒlvənt frʌnt/ mặt pha dung môi
gas/liquid chromatography/ɡæs ˈlɪkwɪd krəʊməˈtɒɡrəfi/ sắc ký khí/lỏng
retention time/rɪˈtenʃn taɪm/ thời gian lưu
37.2

Gas/liquid chromatography · ⁨Sắc ký khí/lỏng⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. describe and understand the terms (a) stationary phase; a high boiling point non-polar liquid (on a solid support) (b) mobile phase; an unreactive gas (c) retention time
  2. interpret gas/liquid chromatograms in terms of the percentage composition of a mixture
  3. explain retention times in terms of interaction with the stationary phase
Tiếng Việt
  1. mô tả và hiểu các thuật ngữ (a) giai đoạn cố định; chất lỏng không phân cực có nhiệt độ sôi cao (trên chất mang rắn) (b) giai đoạn di chuyển; khí trơ (c) thời gian lưu giữ
  2. giải thích sắc ký đồ khí/lỏng theo thành phần phần trăm của hỗn hợp
  3. giải thích thời gian lưu giữ dựa trên tương tác với giai đoạn cố định

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

In gas/liquid chromatography 气液色谱 (GLC):

  • the stationary phase is a high-boiling-point non-polar liquid on a solid support.
  • the mobile phase is an unreactive carrier gas.
  • the retention time 保留时间 is how long a component takes to pass through.

The area of each peak gives the percentage of that component in the mixture. A component that interacts more with the stationary phase has a longer retention time.

Tiếng Việt

Trong sắc ký khí/lỏng (GLC):

  • môi trường cố định là một dung dịch không phân cực có nhiệt độ sôi cao trên chất mang rắn.
  • môi trường di chuyển là một khí mang trơ.
  • Thời gian lưu giữ là khoảng thời gian một thành phần mất để đi qua cột sắc ký.

Diện tích của mỗi đỉnh cho biết phần trăm của thành phần đó trong hỗn hợp. Một thành phần tương tác nhiều hơn với môi trường cố định sẽ có thời gian lưu dài hơn.

Biểu đồ sắc ký với ba đỉnh ở các thời gian lưu khác nhau, diện tích đỉnh cho biết phần trăm của mỗi thành phần
Biểu đồ sắc ký khí-lỏng: mỗi thành phần tạo ra một đỉnh ở thời gian lưu riêng của nó, và diện tích đỉnh là phần trăm của nó trong hỗn hợp
Explore · ⁨Khám phá⁩

Gas/liquid chromatography route · ⁨quy trình sắc ký khí/lỏng⁩

Follow a volatile sample through column separation to a chromatogram. · ⁨Theo dõi mẫu bay hơi qua quá trình tách trên cột để tạo ra biểu đồ sắc ký.⁩

37.3

Carbon-13 NMR spectroscopy · ⁨Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Carbon-13 (¹³C)⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. analyse and interpret a carbon-13 NMR spectrum of a simple molecule to deduce: (a) the different environments of the carbon atoms present (b) the possible structures for the molecule
  2. predict or explain the number of peaks in a carbon-13 NMR spectrum for a given molecule
Tiếng Việt
  1. phân tích và giải thích phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 NMR của một phân tử đơn giản để suy ra: (a) các môi trường khác nhau của các nguyên tử carbon có mặt (b) các cấu trúc có thể có của phân tử
  2. dự đoán hoặc giải thích số lượng đỉnh trong phổ cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13 NMR cho một phân tử xác định

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

NMR 核磁共振 (nuclear magnetic resonance) studies how certain nuclei behave in a strong magnetic field.

In carbon-13 NMR, each different chemical environment 化学环境 of carbon gives one peak. So:

  • the number of peaks tells you how many different carbon environments there are (equivalent carbons share a peak).
  • the position of each peak (its chemical shift) suggests the type of carbon, which helps you deduce possible structures.
Tiếng Việt

NMR (cộng hưởng từ hạt nhân) nghiên cứu cách các hạt nhân cụ thể hành xử trong từ trường mạnh.

Máy quang phổ NMR hình trụ đứng cao trong phòng thí nghiệm, được đánh dấu cảnh báo từ trường mạnh
Máy quang phổ NMR: thân hình trụ lớn chứa nam châm siêu dẫn tạo ra từ trường rất mạnh mà kỹ thuật này yêu cầu

Trong phổ C-13 NMR, mỗi môi trường hóa học khác nhau của carbon tạo ra một đỉnh. Vì vậy:

  • số lượng đỉnh cho bạn biết có bao nhiêu môi trường carbon khác nhau (các carbon tương đương chia sẻ một đỉnh).
  • vị trí của mỗi đỉnh (dịch chuyển hóa học) gợi ý loại carbon, giúp bạn suy luận cấu trúc có thể.
Explore · ⁨Khám phá⁩

Carbon-13 NMR lab · ⁨Phòng thí nghiệm Carbon-13 NMR⁩

Match carbon environments to C-13 NMR evidence. · ⁨Gắn kết các môi trường carbon với bằng chứng C-13 NMR.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
NMR/ˌen em ˈɑː/ NMR
chemical environment/ˈkemɪkl enˈvaɪrənmənt/ môi trường hóa học
37.4

Proton (¹H) NMR spectroscopy · ⁨Phổ cộng hưởng từ hạt nhân Proton (¹H)⁩

Syllabus · ⁨Chương trình⁩
English
  1. analyse and interpret a proton ($^1\text{H}$) NMR spectrum of a simple molecule to deduce: (a) the different environments of proton present using chemical shift values (b) the relative numbers of each type of proton present from relative peak areas (c) the number of equivalent protons on the carbon atom adjacent to the one to which the given proton is attached from the splitting pattern, using the $n + 1$ rule (limited to singlet, doublet, triplet, quartet and multiplet) (d) the possible structures for the molecule
  2. predict the chemical shifts and splitting patterns of the protons in a given molecule
  3. describe the use of tetramethylsilane, TMS, as the standard for chemical shift measurements
  4. state the need for deuterated solvents, e.g. $\text{CDCl}_3$, when obtaining a proton NMR spectrum
  5. describe the identification of O–H and N–H protons by proton exchange using $\text{D}_2\text{O}$
Tiếng Việt
  1. phân tích và giải thích phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton ($^1\text{H}$) NMR của một phân tử đơn giản để suy ra: (a) các môi trường khác nhau của proton có mặt bằng cách sử dụng các giá trị dịch chuyển hóa học (b) tỷ lệ số lượng tương đối của mỗi loại proton có mặt từ diện tích đỉnh tương đối (c) số lượng proton tương đương trên nguyên tử carbon kề cạnh nguyên tử mà proton đã cho liên kết, dựa vào mẫu tách, sử dụng quy tắc $n + 1$ (giới hạn ở đơn đỉnh, đôi, ba, bốn và đa đỉnh) (d) các cấu trúc có thể có của phân tử
  2. dự đoán các dịch chuyển hóa học và mẫu tách của các proton trong một phân tử xác định
  3. mô tả việc sử dụng tetramethylsilane, TMS, làm chuẩn đo dịch chuyển hóa học
  4. nêu yêu cầu sử dụng dung môi deutero, ví dụ: $\text{CDCl}_3$, khi thu được phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton
  5. mô tả việc xác định proton O–H và N–H bằng phương pháp trao đổi proton thông qua $\text{D}_2\text{O}$

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Nguồn: Chương trình Cambridge International⁩

English

Proton NMR looks at the hydrogen atoms (proton 质子 nuclei). From the spectrum you read off:

  • chemical environments: protons in different environments appear at different chemical shift 化学位移 values.
  • relative numbers: the relative peak areas give the ratio of each type of proton.
  • splitting 裂分: a peak is split by the protons on the neighbouring carbon, following the $n+1$ rule — $n$ equivalent neighbours split a peak into $n+1$ lines:
Neighbours ($n$) Pattern
0 singlet 单峰
1 doublet 双峰
2 triplet 三峰
3 quartet 四峰
many multiplet 多重峰

Practical points

  • tetramethylsilane 四甲基硅烷 (TMS) is the standard, set at a chemical shift of $0$.
  • a deuterated solvent 氘代溶剂 (such as $\text{CDCl}_3$) is used so that the solvent itself gives no proton signal.
  • shaking the sample with $\text{D}_2\text{O}$ makes the O–H and N–H peaks disappear (their hydrogen is swapped for deuterium), which identifies those protons.

Worked example. A compound $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$ gives three proton NMR peaks: a triplet at $\delta\ 1.2$ (area 3), a quartet at $\delta\ 4.1$ (area 2), and a singlet at $\delta\ 2.0$ (area 3). Deduce the structure. Read the areas first, then the splitting. Areas $3:2:3$ give three proton environments holding 3, 2 and 3 hydrogens. Apply the $n+1$ rule in reverse: a triplet (area 3) is a $\text{CH}_3$ with 2 neighbours, and a quartet (area 2) is a $\text{CH}_2$ with 3 neighbours - each splitting the other, which is the classic ethyl group, $\text{CH}_3\text{CH}_2-$. That $\text{CH}_2$ lies far downfield at $\delta\ 4.1$, so it is attached to an oxygen. The remaining singlet (area 3) is a $\text{CH}_3$ with no neighbours at $\delta\ 2.0$, so it sits next to the C=O. Together: $\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$, ethyl ethanoate. A triplet-and-quartet pair is almost always an ethyl group - spot it first and the rest follows.

Tiếng Việt

Phổ H-NMR xem xét các nguyên tử hydro (hạt nhân proton). Từ phổ, bạn đọc được:

  • môi trường hóa học: các proton trong các môi trường khác nhau xuất hiện ở các giá trị dịch chuyển hóa học khác nhau.
  • số lượng tương đối: diện tích đỉnh tương đối cho tỷ lệ của mỗi loại proton.
  • tách peak: một peak bị tách bởi các proton trên carbon lân cận, tuân theo quy tắc $n+1$ — $n$ proton lân cận tương đương sẽ tách một peak thành $n+1$ đường:
Lân cận ($n$) Mẫu hình
0 singlet
1 doublet
2 triplet
3 quartet
nhiều multiplet
Bốn mẫu hình dạng peak NMR: một đường đơn, hai đường, ba đường và bốn đường, được gán nhãn singlet, doublet, triplet và quartet
Quy tắc $n+1$: $n$ proton lân cận tương đương tách một đỉnh thành $n+1$ vạch (đơn, đôi, ba, bốn)
Phổ NMR proton của ethanol với ba nhóm đỉnh: triplet CH3, quartet CH2 và singlet OH, cùng tham chiếu TMS tại 0
NMR proton của ethanol: ba môi trường tạo ra CH$_3$ triplet, CH$_2$ quartet và OH singlet, với diện tích theo tỷ lệ $3:2:1$

Điểm thực hành

  • tetramethylsilane (TMS) là chuẩn, được đặt tại độ dịch chuyển hóa học $0$.
  • dung môi deuterated (như $\text{CDCl}_3$) được sử dụng để dung môi không tạo tín hiệu proton.
  • lắc mẫu với $\text{D}_2\text{O}$ làm biến mất các đỉnh O–H và N–H (hydro của chúng bị thay thế bằng deuterium), giúp xác định các proton này.

Ví dụ có lời giải. Một hợp chất $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$ cho ba đỉnh NMR proton: triplet tại $\delta\ 1.2$ (diện tích 3), quartet tại $\delta\ 4.1$ (diện tích 2), và singlet tại $\delta\ 2.0$ (diện tích 3). Xác định cấu trúc. Đọc diện tích trước, sau đó mới đến sự tách vạch. Diện tích $3:2:3$ chỉ ra ba môi trường proton chứa 3, 2 và 3 hydro. Áp dụng quy tắc $n+1$ ngược lại: một triplet (diện tích 3) là $\text{CH}_3$ với 2 lân cận, và một quartet (diện tích 2) là $\text{CH}_2$ với 3 lân cận - mỗi cái tách vạch cho cái kia, đây chính là nhóm ethyl điển hình, $\text{CH}_3\text{CH}_2-$. Nhóm $\text{CH}_2$ nằm xa về phía trái ở $\delta\ 4.1$, nên nó liên kết với oxygen. Singlet còn lại (diện tích 3) là $\text{CH}_3$ với không có lân cận tại $\delta\ 2.0$, nên nó nằm cạnh C=O. Kết hợp lại: $\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$, ethyl ethanoate. Cặp triplet-quartet gần như luôn là nhóm ethyl - hãy nhận diện nó trước thì phần còn lại sẽ tự nhiên xuất hiện.

Explore · ⁨Khám phá⁩

Proton NMR lab · ⁨Phòng thí nghiệm Proton NMR⁩

Match proton evidence to chemical environment and neighbours. · ⁨Gắn kết bằng chứng proton với môi trường hóa học và các nguyên tử lân cận.⁩

Vocabulary · ⁨Từ vựng⁩ Train · ⁨Luyện tập⁩
English Tiếng Việt
proton/ˈprəʊtɒn/ proton
chemical shift/ˈkemɪkl ʃɪft/ dịch chuyển hóa học
splitting/ˈsplɪtɪŋ/ phân tách tín hiệu
singlet/ˈsɪŋɡlɪt/ một đơn vạch
doublet/ˈdʌblət/ một đôi vạch
triplet/ˈtrɪplɪt/ một bộ ba
quartet/kwɔːˈtet/ một bộ tư
multiplet/ˈmʌltɪplɪt/ multiplet
tetramethylsilane/ˈtetrəmiːθɪlsɪleɪn/ tetramethylsilane
deuterated solvent/ˈdjuːtəreɪtɪd ˈsɒlvənt/ dung môi deuterated
37.4

Exam tips · ⁨Mẹo làm bài thi⁩

English
  • In $^{13}\text{C}$ NMR the number of peaks equals the number of carbon environments — use symmetry to count them.
  • In $^1\text{H}$ NMR use chemical shift (data booklet), integration (ratio of H's) and splitting (the $n+1$ rule): a triplet + quartet means an ethyl group.
  • TMS is the reference ($\delta = 0$); a $\text{D}_2\text{O}$ shake removes O-H and N-H peaks.
  • Combine IR, mass spectrum and NMR to deduce a structure, stating which evidence gives which feature.
Tiếng Việt
  • Trong $^{13}\text{C}$ NMR, số lượng đỉnh bằng số lượng môi trường carbon — hãy dùng đối xứng để đếm.
  • Trong $^1\text{H}$ NMR, hãy dùng độ dịch chuyển hóa học (sổ tay dữ liệu), tích phân (tỷ lệ H) và tách vạch (quy tắc $n+1$): triplet + quartet nghĩa là có nhóm ethyl.
  • TMS là tham chiếu ($\delta = 0$); một lần $\text{D}_2\text{O}$ lắc sẽ loại bỏ các đỉnh O-H và N-H.
  • Kết hợp IR, phổ khối và NMR để suy luận cấu trúc, nêu rõ bằng chứng nào cho thấy đặc điểm nào.

Interactive lessons on this topic · ⁨Bài học tương tác về chủ đề này⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Làm theo từng bước, kèm theo bài tập kiểm tra ngay lập tức.⁩

Past Papers · ⁨Đề thi cũ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩ · ⁨Nhiều chủ đề hơn trong A-Level Chemistry · ⁨Hóa học A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨Đăng nhập hoặc tạo tài khoản⁩

IGCSE, A-Level & AP