核磁共振谱-I

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1、核磁共振一核磁共振简介核磁共振是指处于外磁场中的物质某些具有磁性的原子核系统受到与磁场垂直的相应频率电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。1924年，Pauli预见原子核具有自旋和核磁距；即：有些核同时具有自旋量子数和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂。1.发展史1946年，斯坦福大学布洛赫（Bloch）和哈佛大学珀塞尔（Purcell）分别同时独立地观察到核磁共振现象。1953年，第一台商品化核磁共振波谱仪问世。NuclearMagneticResonance，NMR1956年，Knight发现原子所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构

2、有关。1965年，恩斯特（Ernst）发明傅里叶变换核磁共振和二维核磁共振.核磁共振已成为最重要的仪器分析手段之一。核磁共振不仅在化学领域得到广泛应用，在分子生物学、药物化学、植物化学、医学等也较为广泛的应用。如：二维核磁共振谱可直接对人体作自旋密度成像，在医学上检查某些病变。1980s，维特里希（Wuthrich）开发出了用来确定溶液中生物大分子三维结构的核磁共振技术。2.核磁共振谱的一般特征（1HNMR）氯乙酸乙酯的核磁共振氢谱以核磁吸收峰位置（用δ表示）为横坐标，吸收强度为纵坐标氢谱的组成部分：峰数目,化学位移,积分曲线（或积分值）,偶合常数异恶唑衍生物*谱图的

3、右边是高磁场、低频率；左边为低磁场、高频率.3.NMR给出的信息（1）峰的数目：标志分子中磁不等性磁性核的种类，多少种；（2）峰的强度(面积)：每类磁性核的数目(相对)，多少个；（3）峰的位移(横坐标，)：每类磁性核所处的化学环境，化合物中位置；（4）峰的裂分数：相邻碳原子或同碳原子上质子数；（5）偶合常数(J)：确定化合物构型或环上原子的位置。4.核磁共振谱波谱仪按照射频率不同分为：200、300、400、500、600、700、800MHz.*按射频源和扫描方式不同连续波核磁共振谱仪（CW-NMR）脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪（PFT-NMR）设计为两种方法：固定

4、磁场B0，改变射频频率——扫频法固定射频频率v射，改变磁场B0——扫场法(常用)。仪器示意图仪器组成(六个部分):磁铁、样品管、射频振荡器、扫描发生器、信号接收器、记录系统（数据处理仪器控制）。两个磁铁，给样品施加外加磁场;在磁铁上绕有扫描线圈，当线圈上通以直流电就产生附加磁场，可以调节磁场强度;样品装在玻璃管中，样品管可以旋转，所需的射频场由射频振荡器发生，并通过射频振荡线圈作用于样品;NMR信号通过射频接受线圈由射频接受器接受，经放大由记录器给出核磁共振谱。流程：扫描发生器射频发射器射频接收器数据处理仪器控制磁铁磁铁样品管1.原子核的自旋若原子核存在自旋，产生自旋

5、角动量：)1(2+=IIhpP原子核的组成：质子+中子自旋量子数（I）不为零的核都具有自旋角动量。原子核是带正电荷的粒子二、核磁共振基本原理h：普朗克常数；I：自旋量子数，与核的质量数和所带电荷数有关；质量数质子数中子数自旋量子数I典型核偶数偶数偶数012C6、16O8、32S16偶数奇数奇数n/2(n=2,4…)（整数）2H1、14N7奇数偶数奇数奇数偶数n/2(n=1,3,5…)(半整数)1H1，13C6，17O8,19F9,15N7，11B5，35Cl17,*质量数是偶数、质子数是偶数的原子核的I为零；¤质量数是偶数、质子数是奇数的原子核的I为整数；如16O8、

6、12C6、32S16等，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。如2H1、14N7，这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少。质量数为奇数的核I为半整数；如1H1、13C6、15N7、17O8、19F9、29Si14、31P15、33S16、35Cl17、7Li3、59Co27等，原子核的电荷均匀分布，并象陀螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，其中13C、1H是有机化合物的主要组成元素。核磁共振波谱核磁共振氢谱(1HNMR)核磁共振碳谱(13CNMR）自旋角动量是一个矢量，是空间方向量子化的。具有自旋角动量的原子核也具

7、有磁矩：r:磁旋比，（与核的质量、所带电荷等有关，是原子核的特征常）核的磁旋比r越大，核的磁性越强，在核磁共振中越容易被检测。r为正值时，它们的方向与自旋轴平行，并遵守右手螺旋法则。1H、13C的r分别为26.753×107、6.728×107（rad/ST）μ也是一个矢量，其方向与角动量的方向重合。在没有外加磁场的影响时，两种自旋状态的能量相等，质子处于这两个自旋状态的几率也相等。如氢原子核：I=½有自旋量子数分别为+½和-½的两个自旋态，能量相等。2.自旋核在磁场中的行为自旋量子数I为半整数的原子核（1H、13C等），可当作电荷均匀分布的球体，绕