最新[PPT]-第十六章核磁共振波谱法课件ppt.ppt

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1、[PPT]-第十六章核磁共振波谱法利用核磁共振光谱进行进行结构(包括构型和构象)测定、定性及定量分析的方法称为核磁共振波谱法。简称NMR。在外磁场作用下，用波长很长的电磁波10cm～100m无线电频率区域的电磁波照射分子，可引起分子中某种原子核的自旋能级跃迁，吸收一定频率的射频，此即核磁共振（NMR）。在有机化合物中，经常研究的是1H和13C的共振吸收谱，重点介绍1H核共振的原理及应用。处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。第一节概述核磁共振波谱的分类：按原子核种类分为1H、13C、15N、31P等。氢核磁共振谱(氢谱，1

2、H-NMR，质子核磁共振谱)，主要提供三方面信息：①质子类型及其化学环境；②氢分布；③核间关系。碳—13核磁共振谱(碳谱，13C-NMR)，可给出丰富的碳骨架。二、核磁共振的产生(一)核自旋能级分裂2.外加磁场时：把自旋核放在场强为H0的磁场中，由于磁矩与磁场相互作用，核磁矩相对外加磁场有不同的取向，共有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示：m=I,I-1,I-2,……-I1.无外磁场时：自旋核产生的核磁矩的取向是任意的。每种取向代表不同的能量。Pz为自旋角动量在Z轴上的分量核磁矩在磁场方向上的分量核磁矩与外磁场相互作用

3、而产生的核磁场作用能E,即各能级的能量为空间量子化：核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，受外磁场力矩的作用进行不同的定向排列，是量子化的，这种现象称为空间量子化。氢核1H自旋量子数I=1/2，在外磁场中有2个自旋取向（两个能级）：(1)磁量子数ｍ＝＋1/2;与外磁场平行，能量低，稳定(2)磁量子数ｍ＝－1/2;与外磁场相反，能量高，不稳定当m=－1/2时，E2=－当m=+1/2时，E1=－能级分裂I=1/2的核自旋能级裂分与H0的关系由式E=－ZH0及图可知1H核在磁场中，由低能级E1向高能级E2跃迁，所需能量为:△E=

4、E2－E1=△E与核磁矩（或磁旋比）及外磁场强度成正比，H0越大，能级分裂越大，△E越大。△m=±1（二）原子核的共振吸收1.原子核的进动如果在磁场中的氢核的磁矩方向与外磁场成一定的角度时，则在外加磁场的影响下，核磁矩将围绕外磁场进行拉莫尔进动。进动频率ν与外加磁场强度H0的关系可用Larmor方程表示：对于同一种核，磁旋比为定值，H0逐渐增加，进动频率也逐渐增加。不同原子核，磁旋比不同，进动频率不同。2.共振吸收条件核有自旋(磁性核)v0=v:照射频率等于核进动频率吸收的电磁波能量E等于ΔE，即：E=hv0=Δ

5、E代入式E=E2-E1=得：当v0=v时，照射的电磁波就与核磁矩发生作用，使处于低能级的核吸收电磁波的能量跃迁到高能级，核磁矩对H0的取向发生倒转。这种现象叫做核磁共振。共振频率v为△m=±1:跃迁只能发生在两个相邻的能级之间磁性核放到磁场中，处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至高能态，由于v0=v，称为共振吸收，又称核磁共振。跃迁结果，核磁矩由顺磁场(m=1/2)跃迁至逆磁场(m=1/2)。根据核磁共振原理，某个核的磁共振条件必需具备下述三点：核具有自旋，即为磁性核。△m=±1：跃迁只能发生在两个相邻的能级之间照射频率

6、必须等于核的进动频率，即满足实现核磁共振就是改变照射频率或磁场强度，以满足条件。三、核自旋驰豫核自旋能级分布1H核在磁场作用下,被分裂为m=+1/2和m=-1/2两个能级,处在低能态核和处于高能态核的分布服从波尔兹曼分布定律：当H0=1.409T（相当于60MHz的射频）温度为300K时,高能态和低能态的1H核数之比为:处于低能级的核数比高能态核数多十万分之一，而NMR信号就是靠这极弱过量的低能态核净吸收产生的=0.99999如果高能态的核不能通过有效途径释放能量回到低能态，低能态核总数就会越来越少，一定时间后，高低能态的

7、核数相等，这时不会再有射频吸收，共振信号完全消失，这种现象称为饱和。据波尔兹曼定律,提高外磁场强度,降低工作温度,可减少n(-1/2)/n(+1/2)值,提高观察NMR信号的灵敏度如果照射的射频电磁波强度过大或照射时间过长，就会出现饱和现象。核自旋驰豫驰豫过程是核磁共振现象发生后得以保持的必要条件高能态核低能态核自发辐射的概率近似为零通过非辐射途径回到将自身的能量传递给周围环境或其它低能级态。这种过程叫核自旋驰豫。激发到高能态的核通过非辐射途径将其获得的能量释放到周围环境中去,使核从高能态回到原来的低能态,这一过程称为自旋

8、驰豫。弛豫过程两种形式：自旋-晶格弛豫：又称为纵向弛豫。处于高能态核将能量转移至周围环境（固体的晶格、液体中同类分子或溶剂分子）而转变为热运动。自旋-自旋弛豫：也称为横向弛豫。处于高能态核把能量传递给邻近低能态的同类磁性核的过程。气体和低黏度液体固体和黏滞液体16.2核磁共振仪连续波核磁共振仪脉冲傅立叶