核磁共振谱ppt课件.ppt

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1、第三章核磁共振（NuclearMagneticResonanceSpectrometry）(NMR)第一部分核磁共振氢谱（Hydrogen-1NuclearMagneticResonanceSpectrometry）核磁共振谱：自旋核系统，在静电场中电磁波的作用下，由于磁能级之间的跃迁而产生的谱图。产生核磁共振波谱的必要条件：原子核必须具有核磁性质，即必须是磁性核(或称自旋核)；需要有外加磁场，磁性核在外磁场作用下发生核自旋能级的分裂，产生不同能量的核自旋能级，才能吸收能量发生能级的跃迁。只有那些能量与核自旋能级能量差相同的电磁辐射才能被共振吸收(即核磁共振波谱的选择性)。由于核磁能

2、级的能量差很小，所以共振吸收的电磁辐射波长较长，处于射频辐射光区(即无线电波，包括微波及各种通讯电波)。1924年Pauli预言了NMR的基本理论：有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂；1946年，Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖；1953年，Varian开始商用仪器开发，并于同年做出了第一台高分辨NMR仪。1956年，Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。60年代，有了100MHz的波谱仪。70年代，有了600MHz的波谱仪

3、。70年代以来，使用强磁场超导核磁共振仪，大大提高了仪器灵敏度，在生物学领域的应用迅速扩展。脉冲傅里叶变换核磁共振仪使得13C、15N等的核磁共振得到了广泛应用。计算机解谱技术使复杂谱图的分析成为可能。测量固体样品的高分辨技术则是尚待解决的重大课题。§3.1基本原理1.核的自旋和磁性质AXzA：原子质量;X：原子种类；z：原子序数所有原子核都带正电荷，原子核绕核轴“自旋”，沿着核轴产生一个磁偶极，自旋角动量为P，自旋角动量的状态数由该核的自旋量子数决定，共有2I+1个，取值为I,I-1,…,-I。自旋量子数有0，1/2，1，3/2等（I=0意味着没有自旋），所产生的磁偶极的本质大小可

4、用核磁矩μ表示。核自旋角动量在自旋轴向上的投影有固定值:Pz=mh/2π式中，h是Planck常数(普朗克常数，6.626×10-34J/S)；m是磁量子数m—原子核的磁量子数磁矩原子核的自旋如同电子在原子核外运动一样会产生磁矩m，其大小与核自旋角动量P，核磁旋比g，自旋量子数I有关。核自旋量子数I和核磁量子数m的关系m=I,I-1,I-2,…,-I；有（2I+1）种取向I=0，m=0表3.1核与核磁共振谱的关系A（原子质量）Z（原子序数）I研究情况偶数偶数0无自旋，无谱峰(12C6,16O8)，不作为研究对象偶数奇数1，2，3有自旋，椭圆形表面上，不作为研究对象(14N7)奇数奇(

5、偶)数1/2有自旋，圆形表面上，作为研究对象(1H,19F,13C,31P)奇数奇(偶)数3/2,5/2,…有自旋，椭圆形表面上，不作为研究对象根据量子力学原理，与电子一样，原子核也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I决定，原子核的自旋量子数I由如下法则确定：1）中子数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0；2）中子数加质子数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数（如，1/2,3/2,5/2)；3）中子数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数（如，1,2,3）。迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的

6、原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P表3.2常见的自旋量子数和磁旋比值*磁场为4.6975T时核自旋量子数磁旋比(T-1·S-1)共振频率*(MHz)核自旋量子数磁旋比(T-1·S-1)共振频率*(MHz)1H1/22.68×108200.0023Na3/22.36×10752.9022H12.06×10730.70127Al3/21.40×10752.11411B3/28.80×10864.16731P1/21.08×10880.96113C1/26.73×10750.28839K3/24.17×1069.33314N19.68×10614.44779Br3/22

7、.24×10750.10719F1/22.52×108188.15481Br3/22.41×10754.012目前主要是1HNMR和13CNMR技术。2.能级分裂（1）量子力学模型外加磁场下，I=1/2的核存在两种取向:（2I+1）（如图）：ΔE=-μzH0-μzH0=-2μzH0ΔE=hνν=γH0/2π图3.1I=1/2的核在磁场中的行为(2)经典力学模型对于一个具有非零自旋量子数的核，由于核带正电荷，所以在自旋旋转时会产生磁场。当自旋核置于磁场中时，