《核磁共振谱》PPT课件

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1、1第五章核磁共振谱主要内容：5.1核磁共振波谱5.21H-核磁共振波谱5.313C-核磁共振波谱5.4NMR在高聚物研究中的应用2345核磁共振(NuclearMagneticResonance，简称NMR)和电子顺磁共振(ElectronParamagneticResonance，EPR)也属于吸收波谱类。EPR又称为电子自旋共振谱(ElectronSpinResonance，ESR)。二者是在强磁场中用射频源来辐射样品。6核磁共振与诺贝尔奖第1次，美国科学家Rabi发明了研究气态原子核磁性的共振方法，获l944年诺贝尔物理学奖

2、。第2次，美国科学家布洛赫Bloch（用感应法）和珀赛尔Purcell（用吸收法）各自独立地发现宏观核磁共振现象，因此而获1952年诺贝尔物理学奖。第3次，瑞士科学家Ernst因对NMR波谱方法、傅里叶变换、二维谱技术的杰出贡献，获1991年诺贝尔化学奖。核磁共振（NMR）做为结构分析的主要手段之一，迄今为止相关研究成果已获得5次诺贝尔奖。7第4次，瑞士核磁共振波谱学家库尔特·维特里希KurtWüthrich，首次用多维NMR技术在测定溶液中蛋白质结构的三维构象，获2002年诺贝尔化学奖。第5次，美国科学家保罗·劳特布尔PaulL

3、auterbur于1973年发明在静磁场中使用梯度场，能够获得磁共振信号的位置，从而可以得到物体的二维图像；英国科学家彼得·曼斯菲尔德PeterMansfield进一步发展了梯度场方法，并用数学方法精确描述了磁共振信号，实现了磁共振成像；快速成像方法为医学磁共振成像临床诊断打下了基础。他俩获2003年诺贝尔医学奖。85.1核磁共振波谱5.1.1核磁共振的基本原理1.原子核的磁矩和自旋角动量原子核的自旋如同电流在线圈中运动一样会产生磁矩μ，其大小与自旋角动量P、核的磁旋比γ有关，而P又与自旋量子数I有关。式中，h为普朗克常数；I可为

4、整数或半整数。9产生核磁共振的首要条件：核自旋时要有磁矩产生，I≠0102.原子核在外加磁场作用下的行为每个能级的能量：而磁矩在外磁场中的分量：磁矩在外磁场中量子化能级能量：m:磁量子数分裂能级的能级差：11核量子态间的能级跃迁条件：产生核磁共振时射频波的频率和外磁场强度成正比。123.弛豫过程当电磁波的能量（hv）等于样品某种能级差E时，分子可以吸收能量，由低能态跃迁到高能态。高能态的粒子可以通过自发辐射放出能量，回到低能量，其几率与两能级能量差E成正比。一般的吸收光谱，E较大，自发辐射相当有效，能维持Boltzmann分

5、布。但在核磁共振波谱中，E非常小，自发辐射的几率几乎为零。想要维持NMR信号的检测，必须要有某种过程，这个过程就是弛豫过程。即高能态的核以非辐射的形式放出能量回到低能态，重建Boltzmann分布的过程。13弛豫过程的两种类型：弛豫过程的能量交换不是通过粒子之间的相互碰撞来完成的，而是通过在电磁场中发生共振完成能量的交换。目前观察到的有两种类型：第一种，自旋-晶格弛豫（纵向弛豫）。处于高能态的磁核把能量传递给周围粒子变成热能，磁核回复到低能态，使高能态核数减少，整个体系能量降低。所需时间可用半衰期T1来表征，T1越小，表示弛豫过

6、程越快；第二种，自旋-自旋弛豫（横向弛豫）。是相邻的同类磁核中发生能量交换，使高能态的核回复到低能态。在这种状况下，整个体系各种取向的磁核总数不变，体系能量也不发生变化，半衰期为T2。T1>T214激发和弛豫：有一定的联系，但弛豫并不是激发的逆过程，没有对应关系。两种弛豫不等速：T1>T2；根据测不准原理，弛豫的时间越短状态能量的不确定性越大，由E＝h则的不确定性越大，谱线越宽。为什么采用液体制样？当样品是固体或粘稠液体时，由于分子运动阻力大，产生自旋-晶格弛豫的几率减小，使T1增大，而自旋-自旋弛豫的几率增加，使T2减

7、小。样品分子总体弛豫时间取决于弛豫时间短者，因此测得的谱线加宽。这对于提高核磁共振谱的分辨率是不利的，所以在一般核磁共振中，需采用液体样品。但在高聚物研究中，也可直接观察宽谱线的核磁共振来研究聚合物的形态和分子运动。155.1.2核磁共振谱仪核磁共振谱仪按照仪器工作原理，可分为连续波和付里叶变换两类。60年代发展起来的连续波NMR谱仪由磁铁，扫描发生器，射频发生器，射频接收器，记录仪(带积分功能)和样品架等组成。通常只能测1HNMR谱。5～10min可记录一张谱图。工作效率低，现在已被付里叶变换谱仪取代。16付里叶变换技术是采用强

8、的窄脉冲同时激发处于不同化学环境的所有同一种核，然后用接收器同时检测所有核的激发信息，得到时域信号FID(自由感应衰减信号)。FID经过付里叶变换得到和连续波NMR谱仪相同的谱图。与连续波仪器相比，FT-NMR的优点是：(1)速度快，几秒至几十秒即