核磁共振波谱分析

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1、第三章核磁共振波谱分析NuclearMagneticResonanceSpectroscopy(NMR)核磁共振氢谱绪论1.1基本原理1.2化学位移1.3偶合和裂分1.4波谱解析1.5应用（核磁共振碳谱）绪论核磁共振（简称为NMR）是指处于外磁场中的磁性原子核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。就本质而言，核磁共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的，属于吸收光谱（波谱）范畴。发展历史1946年美国斯坦福大学的F

2、.Bloch和哈佛大学E.M.Purcell领导的两个研究小组首次独立观察到核磁共振信号。NMR发展最初阶段的应用局限于物理学领域，主要用于测定原子核的磁矩等物理常数。1952年诺贝尔物理学奖：布洛赫(FelixBloch)&珀赛尔(EdwardPurcell)因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现——核磁共振。布洛赫(FelixBloch)珀赛尔(EdwardPurcell)RelatedNobelPrize1950年前后，W.G.Proctor等发现处在不同化学环境的同种原子核有不同的共振频率，即

3、化学位移。接着又发现因相邻自旋核而引起的多重谱线，即自旋-自旋偶合，这一切开拓了NMR在化学领域中的应用和发展。20世纪60年代以来，NMR无论在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展，具体表现在以下几方面：仪器向更高的磁场发展，以获得更高的灵敏度和分辨率，现己有300、400、500、600MHz，甚至1000MHz的超导NMR谱仪；利用各种新的脉冲系列，发展了NMR的理论和技术，在应用方面作了重要的开拓；3.提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量子跃迁等NMR测定新技术，在归属复杂分子的谱线

4、方面非常有用。1991年诺贝尔化学奖：恩斯特R.R.Ernst（1933－）瑞士物理化学家他的主要成就在于他在发展高分辨核磁共振波谱学方面的杰出贡献。这些贡献包括：一.脉冲傅立叶变换核磁共振谱二.二维核磁共振谱三.核磁共振成像固体高分辨NMR技术、HPLC-NMR联用技术、碳、氢以外核的研究等多种测定技术的实现大大扩展了NMR的应用范围；5.核磁共振成象技术等新的分支学科出现，可无损测定和观察物体以及生物活体内非均匀体系的图象，在许多领域有广泛应用，也成为当今医学诊断的重要手段。2002诺贝尔化学奖:瑞士科

5、学家库尔特·.维特里希“forhisdevelopmentofnuclearmagneticresonancespectroscopyfordeterminingthethree-dimensionalstructureofbiologicalmacromoleculesinsolution".他将获得2002年诺贝尔化学奖另一半的奖金。Ifoneknowsallthemeasurementsofahouseonecandrawathree-dimensionalpictureofthathouse.Int

6、hesameway,bymeasuringavastnumberofshortdistancesinaprotein,itispossibletocreateathree-dimensionalpictureofthatprotein.2003年诺贝尔医学奖:美国科学家保罗·劳特布尔(PaulLauterbur)和英国科学家彼得·曼斯菲尔德(PeterMansfield)用核磁共振层析“拍摄”的脑截面图象PeterMRIisusedforimagingofallorgansinthebody.化学领域根据核

7、磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。1HNMR谱的结构信息化学位移偶合常数积分高度1.1基本原理1.1.1原子核的自旋1.1.2核磁共振的产生1.1.3弛豫（relaxation)1.1.4仪器1.1.1原子核的自旋原子核：质子中子自旋角动量P：1.原子核的磁矩I:自旋量子数，I=0，1/2,1,3/2,……原子核的磁矩（表征磁性）m：m=γPγ旋磁比（磁旋比、回旋比）gyromagneticratio：各种核的特征常数。具有磁矩的原子核才会发生核磁共振现象不同的原子核的γ值不同1H

8、的γ=26.752107rad·T-1·s-113C的γ=6.728107rad·T-1·s-1（rad：弧度；T：特斯拉，磁场强度的单位；s：秒）核的旋磁比γ越大，核的磁性越强，在核磁共振中越容易被检测。质量数质子数中子数I典型核偶数偶数偶数I=012C,16O,32S偶数奇数奇数I=1I=2I=32H,6Li,14N58Co10B奇数偶数奇数奇数偶数I=1/23/2,5/2,…1H,13C,15N,19F,3