核磁共振

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1、•第一节概述•第二节基本原理核磁共振核磁共振核磁共振•第三节化学位移波谱法波谱法波谱法•第四节自旋偶合NMRspectroscopyNMRspectroscopyNMRspectroscopy和自旋系统•第五节解析方法•本章小结核磁共振波谱法核磁共振波谱法最早美国两所大学1945年同时发现NMR。哈佛的Pacell和Pound发现石腊质子有NMR现象,斯坦富大学的Bloch和Honson发现HO中质子有2NMR，且Pacell和Bloch因此而获得诺贝尔奖。1953年第一台仪器商品化，当时仅30M

2、HZ，现已有700MC的仪器（MC越高，分辩率越高）。至今60多年发展中，这门学科共12位科学家获诺贝尔奖。第一节第一节第一节概述概述概述到目前为止，我们所学的光谱分析中，⑴除荧光分析外,均为吸收光谱,今天开始学的NMR亦是吸收光谱;⑵除原子吸收，其余均为分子吸收，所以NMR属于分子吸收光谱。一.产生二.与Vis-UV，IR比较一一一...产生：产生：产生：NMR谱获得方法有两种：⒈扫场:固定照射频率υ，依次改变磁场强度H——常用之0⒉扫频：固定磁场强度H，依次改变照射0频率υ01．永久磁铁：提供

3、外磁场，要求稳定性好，均匀，不均匀性小于六千万分之一。扫场线圈。2．射频振荡器：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。60MHz或100MHz。3．射频信号接受器（检测器）：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，4．样品管：外径5mm的玻璃管,发生能级跃迁，吸收能测量过程中旋转,磁场作用均匀。量，在感应线圈中产生毫伏级信号。主要部分：主要部分：主要部分：磁铁：提供稳定的高强度磁场H扫场线圈：附加磁场，可调节D接收线圈：接收产生感应电流R照射线圈：与外磁场H垂直60兆，90兆…0兆数越高，图谱

4、越精密，易解释。注：三个线圈互相垂直，互不干扰。二二二...与与与VisVisVis---UVUVUV，，，IRIRIR比较：比较：比较：都属于分子吸收光谱Vis—UVIRNMR（无线电波）λ200-800nm4000-400cm-1照10cm-100m跃迁振动-转动原子核能级价电子跃迁类型能级跃迁跃迁骨架信息信息官能团精细结构(有无π键)例:CHCHOH32113NMR有H，C谱。特点：灵敏度高，不损坏样品。1H提供三个信息:⒈氢分布(分子中处于不同环境的氢的数目)。⒉质子类型（分子中各个H的化

5、学环境.）⒊核间关系(每个H相邻基团的结构)13C提供碳的骨架信息。教学大纲要求仅学习H谱。第二节第二节第二节基本原理基本原理基本原理一.原子核的自旋：核的自旋特征用自旋量子数I表示。若I>0有自旋现象产生磁矩。原子序数偶自旋量子数I=0质量数偶数原子序数奇自旋量子数I=1原子序数奇质量数奇数自旋量子数为半整数原子序数偶表1各种核的自旋量子数电子数质量数自旋量子数例（原子序数）偶数偶数012C、16O、32S1H、19F、31P、奇数1/215奇数N3/211B、79Br奇数1/213C偶数3/2

6、33S奇数偶数12H、14N•12C、16O等I=0，无自旋现象，磁矩为零，无NMR信号。•1H、13C、19F等I>0其中,I=1/2是主要讨论象。•I≠0,自旋产生磁矩，其核磁矩用µ表示。由右手法则可知磁矩的方向；而大小取决于自旋量子数和磁旋比γ。0µ=I(I+1)•γ2•h/2π二．能级分裂把原子核放在磁场中，核磁矩有2I+1个取向。每一个取向代表一个分裂的能级，而每个取向的核磁矩在外磁场方向z的投影µ为：zµ=m·γ·h/2π（m—每个取向的磁量子z数.m=I，I-1，…-I）例：放入磁场

7、中，I=1/2，有21/2+1=2取向。Z—外磁场方向H0m=1/2µ与H同向,顺0磁场,能量低m=-1/2µ与H反向,逆0磁场,能量高E=-m·γ·h/2π·H----分裂能级的能量0E=-1/2m·γ·h/2π·H10E=-(-1/2)m·γ·h/2π·C2=1/2m·γ·h/2π·H0ΔE=E-E=γh/2π·H210由上式可知:H越大,ΔE越大,NMR谱越清晰0三．核的进动：P图17-4,17-5154进动：原子核在外磁场的作用下，自旋轴绕回旋轴（磁场轴）旋转为进动。进动频率:υ=γ/2

8、π·H周/秒-----Larmor方程0H—外磁场强，0T—磁场强度的单位韦帕/米2（Tasla）υ—磁旋比1H:υ=2.67519108T-1·S-1C:υ=6.72615107T-1·S-1核一定时:H,υ0H一定时:γ小,υ0四、核磁共振条件四、核磁共振条件四、核磁共振条件(1)⒈υL=υ0(2)△m=+1跃迁只能发生在两个相邻能级间。例:1HI=1/2△m=-1m=1/2m=-1/2△m=1基态激发态只有两个能级，跃迁简单。五．驰豫⒈驰豫：激发核通过非辐射途径损失能量