Cl35/Cl37NMR

自然界中,氯元素主要由两种稳定的同位素组成:35Cl和37Cl,两种都是核磁可观测核,特性如下:

特性35Cl37Cl区别说明
自然丰度~75.77%~24.23%35Cl在自然界中更常见,信号源更多。
旋磁比 ( γ )较大较小旋磁比决定了核在磁场中的响应能力, 35Cl响应更强。
相对灵敏度100% (基准)~19%在相同条件下, 35Cl的信号强度远高于37Cl。
四极矩 (Q)较大较小 35Cl对周围电场梯度的变化更敏感,更利于研究分子间相互作用。

37Cl相比,35Cl凭借更高的自然丰度、更高的灵敏度成为常规氯 NMR 实验的首选同位素。

上图为我公司400MHz核磁所做同一NaCl溶液的35ClNMR和37ClNMR,在同样扫描次数下(128次),35ClNMR确实比37ClNMR信噪比更高(可以从基线“粗细”看出),而两者谱宽差别并不大。有趣的是,同一化合物同一元素的不同同位素化学位移通常是一致的,这是由于NMR 的化学位移主要取决于原子核周围的电子环境(屏蔽效应)。由于 35Cl和 37Cl是同一种元素的同位素,它们拥有相同的质子数和电子数,因此在分子中产生的电子云分布和化学环境是完全一致的,因此溶液状态下的NaCl在35ClNMR和37ClNMR的出峰位置都可以标定为0 ppm。

当然表格中我们还可以看到,由于核四极矩的原因,37Cl比35Cl对环境变化更敏感。在研究溶液中的离子缔合、溶剂化效应或分子动力学时,这种对局部电场梯度的高敏感性反而是一个优势,因为它能提供更丰富的关于离子周围环境变化的信息(如离子对的形成)。事实上,北京大学刘瑞麟教授课题组就曾经用 35ClNMR 谱图来判断离子对的类型https://www.whxb.pku.edu.cn/CN/10.3866/PKU.WHXB19920611