仪器分析之第十三章核磁共振波谱法ppt课件.ppt

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1、§13—1核磁共振的产生一、概述：核磁共振现象：核磁共振光谱：核磁共振光谱法：磁性原子核在强磁场中选择性地吸收了特定的射频能量，发生核能级跃迁。磁性核对射频能量吸收产生的共振信号与射频频率的对应曲线。利用核磁共振光谱进行结构测定、定性及定量分析的方法称为核磁共振光谱法，或称核磁共振波谱法（NMR）。二、原子核的自旋与磁性：原子核具有质量并带正电荷。大多数核有自旋现象，具有核自旋角动量Ｐ（矢量）；γ——磁旋比，不同物质有不同的磁旋比，它是磁性核的一个特征常数。μ＝γ·Ｐμ和P的关系为：自旋核产生磁场，具有核磁矩μ。根据量子力学原理，原子核的自旋角动量Ｐ是量子化的，Ｐ与核

2、的自旋量子数Ｉ的关系：核磁矩的值可由核的自旋量子数I决定，核自旋量子数与核的质量数、质子数和中子数有关：③Ｉ＝1/2的原子核如1H、13C、19F、31P等，原子核可看作核电荷均匀分布的球体，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，C，H也是有机化合物的主要组成元素。②I＝1或I＞0的原子核如I＝1：2H、14N；I＝3/2：11B、35Cl、79Br、81Br；I＝5/2：17O，127I。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；①I=0的原子核如16O；12C；22S等，无自旋，没有磁矩，称为非磁性核，

3、这类核不会发生核磁共振；三、原子核的能级和核磁共振：在强磁场的激励下，具有磁矩的原于核的能量可以裂分为2个或2个以上的能级如氢核自旋：带正电，转动产生的磁场方向可用右手定则确定，且可将其看成是小磁棒1．核自旋能级：氢原子核在无外加磁场时，只有一个能级；将其放入磁场强度为H0的磁场中，因氢核磁矩与外磁场的相互作用，核磁矩相对于外磁场有两种取向：★核磁矩与外磁场方向相同，氢核能量较低，以磁量子数m＝+1/2表示；★核磁矩与外磁场方向相反，氢核能量较高，以磁量子数m＝-1/2表示。★氢核吸收能量后，由m＝+1/2的取向跃迁到m＝-1/2的取向，称为共振。★能级差：2．核磁共

4、振：★磁性核在磁场中，核自旋产生的磁场与外磁场发生相互作用，由于这中作用不在同一个方向上，因此，磁性核一面自旋，一面又以自旋轴以一定的角度围绕外磁场方向进行回旋运动，称为拉莫尔（Larmor）运动。拉莫尔运动有一定的回旋频率γ。当射频的频率正好等于自旋运动频率时，自旋核就会吸收射频，从低能级跃迁至高能级，这种现象称为核磁共振。◎固定电磁波的频率，连续变化外磁场的强度，这种方式称为扫场；◎固定外磁场的强度，连续变化电磁波的频率，这种方式称为扫频。§13—1核磁共振谱与分子结构的关系◆NMR通过化学位移、耦合常数和积分强度来研究被测物质的分子结构一、化学位移：1.定义：在

5、共振时由于化学环境引起谱线位置移动的现象，称为化学位移。2．化学位移的产生：◆产生的原因：原子核外的电子云对外磁场的屏蔽作用。◆屏蔽作用：核外电子云对外磁场的抵消作用。结论：化学位移与质子所处的化学环密切相关，核外电子云密度越大，屏蔽程度也就越大。不同的化学环境，屏蔽的能力不同，因此可以根据化学位移来研究氢原子的化学环境，即有机化合物的分子结构。★用四甲基硅烷(TMS)作为内标物，人为地规定：TMS的化学位移为0；3．化学位移的表示方法：★化学位移用位移的相对比值表示。①化学位移一般很小，为10-6数量级；②变化磁场强度时，化学位移的计算式为：③变化电磁波频率时，化学

6、位移的计算式为：一般有机化合物中的质子峰出现在TMS的左边；绝大多数有机化合物的质子峰的δ值均在(0～10)×10-6之间；δ值越大，距TMS的质子峰越远，氢核受到的屏蔽作用越小。例：使用射频为60MHz的仪器进行核磁共振测定，若到得某化合物的质子共振峰相对于TMS的频率位移为90Hz，试计算其化学位移。解：答：化学位移为1.5ppm或1.5×10-6。已知H试样=90,HTMS=0,H0=60×1064．各类有机化合物的化学位移：①饱和烃—CH3:CH3=0.79～1.10ppm—CH2:CH2=0.98～1.54ppm—CH:CH=CH3+(0.5～0.6

7、)ppmH=3.2～4.0ppmH=2.2～3.2ppmH=1.8ppmH=2.1ppmH=2～3ppm②烯烃端烯质子：H=4.8～5.0ppm内烯质子：H=5.1～5.7ppm与烯基，芳基共轭：H=4～7ppm③芳香烃芳烃质子：H=6.5～8.0ppm供电子基团取代-OR，-NR2时：H=6.5～7.0ppm吸电子基团取代-COCH3，-CN，-NO2时：H=7.2～8.0ppm①其他—COOH：H=10～13ppm—OH：（醇）H=1.0～6.0ppm（酚）H=4～12ppm—NH2：（脂肪）H=0.4～3.5ppm