_13_C固体核磁共振测定气体水合物结构实验研究_孟庆国

第39卷2011年9月

分析化学（FENXIHUAXUE）研究简报第9期1447～1450

DOI：10．3724/SP．J．1096．2011．01447

ChineseJournalofAnalyticalChemistry

13

C固体核磁共振测定气体水合物结构实验研究

孟庆国

*1，2

刘昌岭

1，2

业渝光

2

1，2

1

（国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，青岛266071）

要

（青岛海洋地质研究所，青岛266071）

摘

113

采用高功率H去偶结合魔角旋转C固体核磁共振技术，在低温常压条件下对合成的乙烷和丙烷气

13

体水合物进行了测试，获得了两种纯气体水合物的C核磁共振谱图，初步建立了固体核磁共振波谱法测定13

结构类型为天然气水合物的实验方法。实验表明：乙烷水合物的C核磁共振谱图中仅有一条谱线（δ7．7），

12213

sⅠ，且乙烷分子仅填充在大笼中（56）；丙烷气体水合物C核磁共振谱图有2条谱线，分别为甲基碳124（δ16．7）和亚甲基碳（δ17．5）的共振峰，其结构类型为sⅡ，且丙烷分子只填充在大笼（56）中。

关键词

1

固体核磁共振；乙烷水合物；丙烷水合物；水合物结构；高功率H去偶

1引言

stateNMR，SSNMR）发展的魔角旋转（Magicanglespinning，MAS）、近年来，针对固体核磁共振（Solid-11

HPDEC）和交叉极化（Crosspolarization，CP）3种谱线窄化和灵敏高功率H去偶（HighpowerHdecoupling，

［1］

度增强技术，使得固体核磁技术有了长足的发展，并广泛应用于化学、医药、生物、材料等领域。

气体水合物是由水和小分子气体（如甲烷、乙烷等，称为客体分子）在一定温度和压力条件下形成［2，3］

。作为一种非常规的油气资源，的一种形态似冰、非化学计量性的笼形化合物水合物资源调查及基

［4，5］

。我国分别在南海海域和祁连山冻土区发现了天然气水合物，础研究工作迅速发展并开展了系列

测试研究工作

［6，7］

。固体核磁共振技术在研究水合物特征的所有谱学技术中具有突出优势，它对不同

结构类型水合物中客体分子所处的化学环境及动力学过程具有高灵敏度，能够为研究水合物的结构及

［8］［9，10］

，动力学特性提供大量准确的定性和定量数据。国外将核磁共振技术用于水合物研究较早在水

［11］

合物的结构鉴定、化学组成的确定、笼占有率计算以及水合物中水分子迁移等方面都有应用。国内

［12］

将固体核磁共振应用于水合物的研究工作处于起步阶段，气体水合物的固体核磁共振的分析测试实

验技术和理论研究相对匮乏。积极开展水合物的相关测试研究必将为我国海域和陆域天然气水合物实物样品的分析测试提供有力的理论和技术支撑。

本研究采用固体核磁共振技术在常压、温度173K条件下，对合成的乙烷、丙烷气体水合物进行了

13

成功获得了两种纯气体水合物的C核磁共振谱图，并对水合物结构类型进行了判定，初步建立测定，

了固体核磁共振测试气体水合物的实验方法。

2

2．1

实验部分

试剂与仪器

AVANCE_III300MHz型超导固体核磁共振谱仪（德国Bruker公司）；小型气体水合物合成用高压反应釜（烟台科立化工设备有限公司，设计压力30MPa）。乙烷和丙烷气体（纯度99．9%，南京特种气

体厂）；液氮（青岛锦云泰气体有限公司）；实验室自制去离子水。2．2实验过程2．2．1

气体水合物制备采用自制冰粉分别与乙烷和丙烷气体合成水合物。在低温下，将冰粉装填到

高压反应釜中，用纯气体冲洗反应釜2～3次，加压，将反应釜放在－5℃水浴中恒温1h，将水浴温度升至2℃恒温，即可生成气体水合物。制备好的水合物放置在液氮中保存，以备测试。

2011-02-24收稿；2011-06-01接受

国土资源公益性行业科研专项（No．201111026）和天然气水合物测试技术与模拟实验研究本文系国家自然科学基金（No．41072037）、

（No．GZH201100310）资助*E-mail：mengqimg@126．com