核磁共振波谱法ppt课件

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1、核磁共振波谱法NuclearMagneticResonanceNMR§1核磁共振的基本原理核磁共振强磁场中原子核的自旋运动无线电波电磁辐射核磁共振（NuclearMagneticResonanceSpectroscopy)NMR是由磁性核在强磁场中，受无线电波幅射而产生核自旋能级跃迁，导致核磁矩方向改变而产生感应电流，这种现象称为核磁共振。兆赫频率器接受器及放大器示波器及记录器磁铁磁铁图16—1核磁共振仪示意图核磁共振仪示意图解释照射的无线电波(射频波)是由照射频率发生器产生，通过照射线圈R作用于样品上

2、。样品溶液装在样品管中插入磁场，样品管匀速旋转以保障所受磁场的均匀性。用扫场线圈调节外加磁场强度,若满足某种化学环境的原子核的共振条件时，则该核发生能级跃迁，核磁矩方向改变，在接收线圈D中产生感应电流(不共振时无电流)。感应电流被放大、记录，即得NMR信号。若依次改变磁场强度，满足不同化学环境核的共振条件，则获得核磁共振谱。1.1原子核的自旋和自旋磁矩1.1.1原子核的自旋运动：自旋量子数(I)原子的质量数(A)和原子序数(Z)自旋量子数I=0的原子核：没有自旋运动自旋量子数I≠0的原子核：都有自旋运动

3、自旋量子数I=1/2的自旋核在外磁场中的运动Larmor进动核回旋的频率(ν0)Larmor频率1.2.1自旋核在外磁场中的空间取向-量子化在外加磁场（HO）中，质子自旋所产生的磁矩有两种取向：与HO同向或反向，对应于或两个自旋态。1.2.2核磁矩在外磁场中的能量1H核自旋能级分裂及其与H0的强弱有关：根据量子化学，有：γ——磁旋比；h——普朗克常数；H0——外加磁场强度。如果用一个处于射频范围的电磁波照射处于H0中的1H，当电磁波的频率ν射恰好满足DE＝hν——②则：处于低能级态的1H就会吸收电磁波的

4、能量，跃迁到高能级态，发生核磁共振。发生核磁共振时，必须满足下式：③式称为核磁共振基本关系式。可见，固定H0，改变ν射或固定ν射，改变H0都可满足③式，发生核磁共振。但为了便于操作，通常采用后一种方法。1.2.4核磁共振的条件1.2.5核磁共振的产生在外磁场中，有自旋磁矩的原子核的两个相邻核磁能级的能量差与无线电波的能量相当。如用一无线电波来照射样品，当无线电波的能量与原子核的两个相邻核磁能级的能量差相等时，原子核就会吸收该无线电波的能量，发生能级跃迁，由低能自旋状态变成高能自旋状态。这种现象就是核磁共

5、振现象。141.3饱和与弛豫低能态的核吸收能量自低能态跃迁到高能态，能量将不再吸收。与此相应，作为核磁共振的信号也将逐渐减退，直至完全消失。此种状态称作“饱和”状态。在核磁共振条件下，在低能态的核通过吸收能量向高能态跃迁的同时，高能态的核也通过以非辐射的方式将能量释放到周围环境中由高能态回到低能态，从而保持Boltzman分布的热平衡状态。这种通过无辐射的释放能量途径核由高能态回到低能态的过程称作“弛豫”。弛豫过程：激发核通过非辐途径损失能量而恢复至基态的过程。弛豫是维持连续共振信号的必要条件饱和：若无

6、弛豫过程，高、低能级的粒子数很快就能相等，将不再有核磁共振信号，该现象为饱和。§2核磁共振谱（1）核磁共振谱图2.1核磁共振谱的表示方法17核磁共振氢谱图示C6H5CH2CH3C6H5CH2CH3核磁共振氢谱信号结构信息信号的位置（化学位移）信号的数目信号的强度（积分面积）信号的裂分（自旋偶合）质子的化学环境化学等价质子的组数引起该信号的氢原子数目邻近质子的数目，J（偶合常数）单位：Hz（2）核磁共振数据乙酸乙酯的核磁共振氢谱1HNMR(300MHz,CDCl3),δ(ppm)1.867(t,J=7.2

7、Hz,3H),2.626(s,3H),4.716(q,J=7.2Hz,2H)s—单峰；d—双峰（二重峰）；t—三峰（三重峰）；q—四峰（四重峰）；m—多峰（多重峰）§3化学位移(Chemicalshift)化学环境不同的1H核在不同位置（ν）产生共振吸收化学环境不同的1H核在外磁场中以不同的Larmor频率进动；1H核在分子中所处的化学环境不同导致Larmor频率位移3.1化学位移产生的原因核外电子运动的感应磁场强度B感应=σB01H核实际感受到的磁场强度B=B0−B感应=B0−σB0=B0(1−σ)屏

8、蔽效应和屏蔽常数核外电子运动产生的感应磁场导致1H核实际感受到的磁场强度小于外磁场强度。屏蔽效应σ屏蔽常数Larmor频率位移化学位移的来源不同化学环境的质子，因其周围电子云密度不同，裸露程度不同，其σ值也不同，从而发生核磁共振的H0不同。这就是化学位移的来源。所以，化学位移也可定义为由于屏蔽程度不同而引起的NMR吸收峰位置的变化。§4自旋偶合和自旋裂分4.1峰的裂分自旋裂分邻近质子自旋磁矩间的相互作用自旋偶合4.2自旋裂分的规律（一级裂分