核磁共振波谱法课件.ppt

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1、核磁共振波谱法《分析化学》系列课件贵阳医学院药学院分析化学教研室第十五章核磁共振波谱法第十五章核磁共振波谱法第一节概述核磁共振(nuclearmagneticresonance，NMR)：指原子核在磁场中吸收一定频率的无线电波，而发生自旋能级跃迁的现象。核磁共振波谱(NMRspectrum)：以核磁共振信号强度对照射频率(或磁场强度)作图所得图谱。核磁共振波谱法：利用核磁共振波谱进行结构（包括构型、构象）测定、定性及定量的方法。2（一）核磁共振波谱与紫外-可见光谱及红外光谱的区别①照射频率不同而引起的跃迁类型不同。②测定方法不同。光谱类型λ跃迁形式紫外-可见吸收光谱200~7

2、60nm外层电子能级跃迁红外光谱2.5~25μm分子振-转能级跃迁核磁共振谱60cm~300m原子核自旋能级跃迁紫外及红外吸收光谱——亮背景下测暗信号。核磁共振信号——暗背景下测定核磁共振信号，灵敏度较高。3①质子类型（-CH3、-CH2-、、=CH2、、Ar-H、-OH、-CHO）及质子化学环境；（二）核磁共振光谱分类1、按原子核种类可分为1H、13C、19F、31P等核磁共振谱。但不能给出不含氢基团的共振信号。碳谱可给出丰富碳骨架的信息，但其峰面积与碳数一般不成比例关系。因而氢谱和碳谱可互为补充。19F和31P谱只能用于含F含P的化合物，应用范围较窄。氢谱主要是给出三方面

3、的结构信息：②氢分布；③核间关系。2、按照射频率分类照射频率越大，核间干扰越小，图谱的清晰度越高。照射频率越大，图谱越清晰，峰间的距离越拉得开。3、按核间干扰程度分为一级光谱和高级光谱（二级以上）。4、按消除或改变核间干扰方式分为去偶谱、偏共振谱。5（三）核磁共振波谱法的应用核磁共振谱的应用极为广泛，可概括为定性、定量及定结构研究、物理化学研究、生物活性测定、药理研究及医疗诊断等方面。1、在有机结构研究方面可测定化学结构及立体结构（构型、构象）、互变异构现象等，与紫外、红外、质谱配合使用，是确定有机化合物结构最重要的手段之一。这个方法的最大特点是样品不会被破坏，可回收。62、

4、物理化学研究方面可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速率常数等。3、在定量方面可以测定某些药物的含量及纯度检查。4、医疗与药理研究由于核磁共振具有能深入物体内部，而不破坏样品的特点，因而可进行活体研究，在生物化学药品方面也有广泛应用。如酶活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织鉴别、药物与受体间的作用机制等。近年来，核磁共振成像仪，已用于人体疾病的诊断。第二节基本原理一、原子核的自旋核自旋特征用自旋量子数I来描述（1）质量数与电荷数（原子序数）都为偶数的核，I=0，无自旋现象，不会产生核磁共振信号，如12C、16O等。1、自旋分类（2）质量数为奇数，电荷数可为奇数，如1H、19

5、F等；也可为偶数的核，如13C等。I=半整数（1/2，3/2，5/2……），I=1/2的核是目前核磁共振研究与测定的主要对象。（3）质量数为偶数，电荷数为奇数的核，I=整数（1、2、3……），这类核也有自旋现象，但由于它们的核磁距空间量子化比较复杂，所以目前研究较少。质量数电荷数（原子序数）自旋量子数（I）例偶数偶数012C、16O、32S奇数奇数1/21H、19F、31P、15N3/211B、79Br奇数偶数1/213C3/233S偶数奇数12H、14N表15-1各种核的自旋量子数自旋量子数I不为0的核能产生自旋，它具有一定的角动量，称为自旋角动量（spinangularm

6、omentum):图15-1质子的自旋（a）核自旋方向与核磁矩方向（b）右手螺旋法则2、核磁矩（μ）核磁矩的大小取决于自旋角动量P及磁旋比γ：自旋将产生核磁矩，其方向服从右手法则。大拇指的方向为核磁矩方向，其它四个指头指向为自旋方向。（15·1）（15·2）原子核在磁场中，核磁矩的取向有2I+1个，不同的取向能量不同，每一种取向用磁量子数m（magneticquant-umnumber)表示。图15-2氢核磁矩的取向二、原子核的自旋能级和共振吸收m=I,I-1,I-2……-I+1,-I（15·3）如1H（I=1/2），m有两种取向()：m=1/2、-1/2；又如2H（I=1）

7、，m有三个取向，m=1、0、-1。12（一）核自旋能级分裂由此可见，核磁距在外磁场空间的取向不是任意的，而是量子化的，这种现象称为空间量子化。不同取向的核磁矩在磁场方向Z轴上的分量取决于角动量在Z轴上的分量（PZ）：（15·4）代入（15·2）式得：13核磁矩的能量与μZ和外磁场强度H0有关（15·5）不同取向的核具有不同的能级，对于I=1/2的核，在外加磁场作用下，核磁距有两个方向，一个与H０相同，m=1/2称顺磁场，能量低；另一个方向与H０相反，m=-1/2，称逆磁场，能量高。两者的能级差随H０增大