现代光谱分析-8-(NMR)

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1、第八章核磁共振波谱学（NMR）华东理工大学分析测试中心目录8.1核磁共振技术发展概况8.2核磁共振原理8.3核磁共振参数8.4核磁共振仪器8.5一级图谱的解析8.6核磁共振的应用核磁共振将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频率的电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振。利用核磁共振光谱进行结构测定、定性与定量分析的方法称为核磁共振波谱法（NMR）。核磁共振技术的发展（1）核磁共振现象的发现Bloch等于1946年发现：特定结构中的磁核会吸收一定波长或频率的电磁波而实现能级跃迁，开辟了核磁共振分析的历史，因而获1952

2、年诺贝尔物理学奖。（2）脉冲傅立叶变换核磁共振仪的发明Ernst1966年发明了脉冲傅立叶变换核磁共振技术，促进了13C、15N、29Si核磁及固体核磁技术的应用，因而获得了1991年诺贝尔化学奖。（3）核磁共振成像技术（MRI）上世纪80年代，开发成功核磁共振成像技术，利用人体组织中的氢原子核的核磁共振现象进行成像脑部的核磁共振图像核磁共振仪器(4)多维核磁共振技术2002年，Kurt.Wüthrich因发明了利用NMR技术测定溶液中的生物大分子三维结构的方法获得诺贝尔化学奖。Kurt.Wüthrich(5)高分辨率固体核磁共振技术高分辨率固体核磁

3、共振技术综合利用魔角旋转、交叉极化及偶极去偶等技术，有力地促进了固态材料结构的研究和应用。（6）目前的应用领域核磁共振分析技术的应用领域已从溶液体系扩展到固体材料：物质的分子结构与构型研究；生理生化及医学领域的研究；医疗领域；固体材料如玻璃、高分子材料等的开发；物质的物理性能研究。NMR技术已是物理、化学、生物、医学、地学等比、必不可少的工具，而且它的理论和技术还在不断的发展。磁性核在外加磁场中的行为（1）无外加磁场时，样品中的磁性核任意去向，能量相等。（2）放入磁场中，核的磁角动量取向统一，与磁场方向平行或反平行，出现能量差△E=hν。核磁共

4、振原理核的自旋大多数原子核都围绕某个轴自身作旋转运动，这种自身旋转运动称为核的自旋运动。不同的核，自旋情况不同，原子核的自旋可用自旋量子数I表示。若原子核存在自旋，产生核磁矩：自旋角动量：核磁矩：原子核组成与自旋量子数的关系经验规律：核自旋量子数与核的质量数，质子数和中子数有关I=1/2的原子核，其电荷均匀分布于原子核表面，这样的核不具有四极矩，其核磁共振的谱线窄，最宜于核磁共振检测。核磁共振的产生静磁场中，磁性核存在不同能级。用一特定频率的电磁波（能量等于△E）照射样品，核会吸收电磁波进行能级间的跃迁，产生核磁共振。磁矩u与磁场B0的相互作用能E

5、为:原子核间进行能级跃迁的能量为:在静磁场中，通过一定频率的电磁波辐射样品，当辐射能量等于磁核能极差时磁核将吸收能量实现跃迁。核磁共振基本方程式核磁共振参数1、化学位移核磁共振条件中，只考虑了单个质子峰，未考虑核外电子云的影响。实际上质子受到屏蔽作用。抗磁屏蔽效应：H0感应磁场H‘原子核外具有高度对称0的电子云在外加磁场作用下，将产生相反方向的感应磁场。使磁核所核外高度对称电子云受的实际磁场强度小于外加磁场强度H。0化学位移顺磁屏蔽效应：H0感应磁场H‘0原子核外具有非球形对称的电子云在外加磁场作用下将产生同方向的感应磁场，使磁核所受核外非球形对实际磁

6、场强度高于外加称电子云磁场强度H0。17化学位移远磁屏蔽效应：H0各种感应磁场H‘0除了磁核自身的核外电子云外，远处各类原子或基团的成键电子云也将产生感应磁场，使磁原子核处于核所受磁场强度高于或特定分子环境中低于外加磁场H0。18化学位移氢核实际所受的磁场为：B-Be=(1-)B00=[(1-)B0]/2：屏蔽常数即：1H核所处的化学环境不同，不同，也不同。化学位移特定质子的吸收位置与标准质子的吸收位置之差，称为该质子的化学位移，用(ppm)表示。样标610(ppm)标为化学位移，ppm；ν为样品磁核的共振频率；样ν为标准物磁

7、核共振频率；标20NMR标准物质的选择标准秃核(无屏蔽作用)或电子云密度非常大的核(屏蔽作用非常大，=0)，例如：OCH31H-NMR：TMSCH3OSiOCH313C-NMR：TMS14N,15N-NMR：液NHOCH3317O-NMR：HO219F-NMR：CFClTMS四甲基硅烷331P-NMR：85%HPO34TMS的优点1）单峰：TMS中所有质子等同，只有一个吸收峰2）TMS的屏蔽系数几乎比所有其他物质的都大(电子云密度大)，处在高场位置，化学位移定为零，则其他化合物H核的共振频率都在左侧3）一个分子中有12个等价H和4个等价C，故加入低含量如1-

8、5%v/v的TMS可得到足够强的尖峰。