核磁共振氢谱课件教学内容.ppt

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1、第三章核磁共振氢谱核磁共振基本原理核磁共振仪与实验方法1H的化学位移各类质子的化学位移自旋偶合和自旋分裂自选系统及图谱分类核磁共振氢谱的解析NMR简介NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequencyRadiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。在强磁场中，原子核发生自旋能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能级差约为2510-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm,4-900MHz)时，将发生核自旋能级的跃迁----产生所谓NMR现象。与UV-Vis和红外光谱法类似

2、，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核自旋能级对射频辐射的吸收。测定有机化合物的结构，1HNMR─氢原子的位置、环境以及官能团和C骨架上的H原子相对数目）3.1核磁共振氢谱发展史3.2核磁共振基本原理3.2.1原子核的自旋原子核是由质子和中子组成的带正电荷的粒子，存在自旋，其自旋运动将产生磁矩（μ）。核的自旋角动量(ρ)是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子数(I)来描述。自旋量子数:I＝0、1/2、1…I=0，ρ=0，无自旋，不能产生自旋角动量，不会产生共振信号。∴只有当I＞O时，才能发生共振吸收，产生共振信号。μ=γ*ρ，γ：磁旋比I的取值可用下面关

3、系判断：质量数（A）原子序数（Z）自旋量子数（I）奇数奇数或偶数半整数n+1/2。n=0,1,2,…奇数整数偶数偶数0I=1/2原子核的自旋形状I=1、3/2、2…原子核的自旋形状13C，15N，19F，31P;11B,33S,35Cl，79Br，81Br，39K，63Cu，5Cu，17O，25Mg，27Al，55Mn，67Zn（P98表3-1）自旋量子数为1/2的核的核磁共振信号相对简单已广泛用于化合物的结构测定，然而，核磁共振信号的强弱与被测磁性核的天然丰度和旋磁比的立方成正比，有些核因为天然丰度太小，核磁共振信号很弱。3.2.2自旋核在外加磁场中的取向和能级及共振具有磁

4、矩（μ）的核在外磁场中的自旋取向是量子化的，可用m表示核自旋的不同的空间取向，m=I，I-1，I-2，…，-I。空间取向总数为：2I+1。E=-μB0，B0：磁场强度；E：作用能E1=-μ1B0E2=-μ2B0ΔE=hγB0/2π当用一频率为υ射=γB0/2π的射频波照射磁场中的氢核时,核的自旋取向就会由高能级跃迁,产生核磁共振。磁场强度越高，发生核磁共振所需的射频越高。+核磁共振条件(1)核有自旋(磁性核)(2)外磁场,能级裂分;(3)照射频率与外磁场的比值/B0=/(2)（4）对于同一种核，磁旋比为定值，H0变，射频频率变。（5）不同原子核，磁旋比不同，产生共

5、振的条件不同，需要的磁场强度H0和射频频率不同。（6）固定H0，改变（扫频），不同原子核在不同频率处发生共振（图）。也可固定，改变H0（扫场）。扫场方式应用较多。无磁场有磁场共振弛豫3.2.3核的自旋弛豫不同温度下，处于高能态的核数（n-）和处于低能态（n+）的核数的比例不同，根据波尔兹曼分布定律，在常温下低能态的核数占有极其微弱的优势，如果低能态的核跃迁不能有效地释放能量回到低能态，则低能态的核数会越来越少，进而达到饱和，不再有NMR信号。n0吸收电磁辐射n*饱和现象驰豫过程n*n0非电磁辐射形式释放能量驰豫现象：高能态的核以非辐射形式释放能量，回到低能态，维持n-略

6、大于n+，致使核磁共振信号存在，这种过程称为“驰豫”。1)自旋-晶格驰豫(纵向驰豫):处于高能态的自旋体系与周围的环境之间的能量交换过程，半衰期T1可以用来表示自旋-晶格弛豫过程所需的时间。2)自旋-自旋驰豫(横向驰豫)一些高能态的自旋核把能量转移给同类的低能态核，同时一些低能态的核获得能量跃迁至高能态。过程所需时间用T2表示。液体样品的弛豫时间远小于固体样品，易于得到高分辨的NMR谱图小结核磁共振的条件核磁共振与自旋弛豫的关系3.3核磁共振仪仪器构造样品处理3.3.1核磁共振仪的分类分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场按交变频率分：40，60，90，100，200，

7、500，--800MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR)脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)3.3.2构造1．永久磁铁：提供外磁场，要求稳定性好，均匀，不均匀性小于六千万分之一。扫场线圈。2．射频振荡器：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。60MHz-800MHz。3．射频信号接受器（检测器）：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在感应线圈中产生毫伏级信号。4．样品管：外径5mm的玻璃管,测量过程中旋转,磁场