二维NMR谱原理及解析

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1、一、二维核磁共振基础与核磁共振综合解析内容一、核磁共振简介二、七个主要特性参数三、一、二维核磁共振实验及原理四、核磁共振综合解析核磁共振:简介宏观磁化强度矢量B0zB0zM600MHzyyxx具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩.在磁场中,原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场.与外磁场同向和反向的磁矩矢量符合Boltzmann分布.磁矩矢量沿磁场方向的进动使XY平面上的投影相互抵消.由于沿磁场方向能量较低,故原子分布较多一些而造成一个沿Z-轴的非零合磁矩矢量.虽然在理论上经常讨论单一原子的情形,但

2、在实际上,单一原子的核磁信号非常小而无法观测.故此我们定义单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度矢量其方向与外磁场方向相同.以此矢量来描述宏观样品的核磁特性.核磁共振:简介Larmor频率核磁矩沿外磁场方向进动的频率称为Larmor频率w或共振频率.此频率的大小取决于原子核的种类及外磁场的大小.~B0γ是磁旋比.它是原子核本身的属性并只能通过实验获取.在BRUKER仪器上,原子核的频率是通过nucleussymbolabundance(%)frequency(MHz)参数BFn(MHz)设臵.at2.35T如BF1代表第一

3、通道.1proton(hydrogen)H99.981002更精细的频率调节可deuteriumH0.01515.35phosphorous31P10040.48用参数On来完成.On13叫频率偏差频率或偏carbonC1.125.1415nitrogenN0.3710.13臵频,所以总频率为14nitrogenN99.637.2219SFOn:fluorineF10094.08oxygen17O0.0413.56SFO1=BF1+O127aluminumAl10026.062011年12月16日3核磁共振:简介B0B0MMRF

4、脉冲接收器ReceiverS(t)在磁场中,原来简并的能级分裂成不同的能级状态.如果FT用适当频率的电磁辐射照射就可观察到核自旋能级的跃迁.原子核能级的变化不仅取决于外部磁场强度的大小及不同种类的原子核,而且取决于原子核外部电子环境.这样我们就可获得原子核外电子环境的信息.宏观上讲,当用适当频率的电磁辐射(RF)照射样品,宏观磁化强度矢量从Z-轴转到X或Y轴上.通过接受器,傅立叶转换S()就得到核磁共振谱图.核磁共振:简介Information:Larmor频率原子核化学位移:结构测定(功能团)J-偶合:结构测定(原子的相关

5、性)偶极偶合:结构测定(空间位臵关系)弛豫:动力学（t1,t2)JCHCH3H>C=CH-HDC1HHHCHCCHC>C=C

6、=(1-s)B0S：化学位移常数化学位移分子中的原子并不是孤立存在,它不仅在相互间发生作用也同周围环境发生作用,从而导致相同的原子核却有不同的核磁共振频率.自旋-自旋偶合化学位移Larmor频率EB0e.g.B=11.7T,w(1H)=500MHz0w(13C)=125MHz化学位移~B»kHz0自旋-自旋偶合»Hz-kHz即使使用不同的仪器或在不同的场强下,相同的官能团具有相同的ppm值.不同的官能团由于存在于不同的电子环境因而具有不同的化学位移,从而使结构鉴定成为可能.CH2HC=OCH3HC=由于化学位移是与外加

7、磁场成正比,所以在不同的磁场下所的化学位移数值也不同.也会引起许多麻烦.引入ppm并使用同一参照样品,就是光谱独立于外加磁场.1ppm=300Hz参照样品峰300MHz300MHzsamplereferenceppm60004500300015000Hz12840ppmreference500MHz1ppm=500Hz500MHz60004500300015000Hz12840ppm偶合常数相邻的原子核可以通过中间媒介(电子云)而发生作用.此中间媒介就是所谓的化学键.这一作用就叫自旋-自旋偶合作用(J-偶合).特点是通过

8、化学键的间接作用.JJHHCHHHHCCC异核同核J-couplingJ-coupling自旋-自旋偶合引起共振线的分裂而形成多重峰.多重峰实际代表了相互作用的原子核彼此间能够出现的空间取向组合.JCHJCHHH原始频率CCJCH-J/2+J