核磁共振波谱法详细解析.ppt

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1、核磁共振波谱法(NMR)一、核磁共振和核磁共振波谱法1.核磁共振(NMR):♫概述在外磁场的作用下，具有磁矩的原子核存在着不同能级，当用一定频率的射频照射分子时，可引起原子核自旋能级的跃迁，即产生核磁共振。2.核磁共振波谱：以核磁共振信号强度对照射频率（磁场强度）作图，所得图谱。3.核磁共振波谱法：利用核磁共振波谱对物质进行结构测定、定性和定量分析的方法。♫概述UV-Vis200-760nm紫外可见光价电子跃迁IR2.5-25µm红外线振动－转动能级跃迁NMR0.6-30m无线电波　原子核自旋能级跃迁♫概述二、

2、NMR与UV、IR的区别1.照射的电磁辐射频率不同，引起的跃迁类型不同UV、IR－－测定A（T）NMR－－共振吸收法共振吸收法：利用原子核在磁场中，核自旋能级跃迁时核磁矩方向改变产生感应电流来得到NMR信号。2.测定方法不同：三、核磁共振波谱法的应用1.测定有机物结构：化学及立体结构（构型、构像、互变异构）2.医学：核磁共振成像技术（医疗诊断）3.生化：生物大分子、酶结构测定♫概述⑴质子类型（-CH3,-CH2,＝CH，Ar-H）和所处的化学环境；⑵H分布情况；⑶核间的关系。缺点：不含H基团无NMR信号,化学环

3、境相近的烷烃，难区别四、1H-NMR和13C-NMR给出的结构信息1H-NMR：13C-NMR：丰富的C骨架信息第一节基本原理1.自旋分类一、原子核的自旋原子核：质子和中子组成的带正电荷的粒子。原子核自旋运动与自旋量子数I有关。I与原子核的质量数和电荷数(原子序数)有关。第一节基本原理1.自旋分类自旋量子数I①偶数偶数I=0②奇数奇偶数I为半整数,1/2,3/2…③偶数奇数I为整数,I=1,2,3,…*I=1/2的核质量数电荷数自旋量子数如：,,如：,I0核，自旋产生核磁矩，核磁矩的方向服从右手法则，其大小与

4、自旋角动量成正比。原子核有自旋现象，因而有自旋角动量：2.核磁矩()磁矩方向：右手螺旋法则为磁旋比，是原子核的特征常数。2.核磁矩()(一)核自旋能级分裂在无外加磁场时，自旋核磁矩的取向是任意的；若将原子核置于磁场中，核磁矩可有不同的排列，共有2I+1个取向；每一种取向用磁量子数m表示，则m=I,I-1,I-2,…,-I+1,-I。二、原子核的自旋能级和共振吸收氢核磁矩的取向顺磁场低能量逆磁场高能量例：I=1/2时，即：例：I=1时，I=1氢核磁矩的取向个取向，m=1，0，-1即：核磁矩在外磁场空间的取向不是任

5、意的,是量子化的，这种现象称为空间量子化。用μZ表示不同取向核磁矩在外磁场方向的投影。核磁矩的能量与μz和外磁场强度H0有关：在外加磁场中，自旋核发能级分裂，能级差和H0成正比0H0H0=0m=-1/2m=1/2E（一）核自旋能级分裂不同取向的核具有不同的能级，I=1/2:m=1/2的μz顺磁场，能量低；m=－1/2的µz逆磁场，能量高。（二）原子核的共振吸收θz0自旋轴回旋轴原子核的进动陀螺的进动原子核1.进动①外加磁场H0↑,↑②↑,↑共振吸收与弛豫②m=1,跃迁只能发生在两个相邻能级间m

6、=+1m=-1（低能态）（高能态）三、自旋驰豫驰豫历程：激发核通过非辐射途径损失能量而恢复至基态的过程，是维持连续NMR信号必不可少的过程。例：I=1/2核，T=300K，H0=1.4092T：Boltzmann分布：低能态核数n+仅比高能态核数n-多十万分之一当n-=n+时，NMR信号消失——饱和外磁场H0↑/温度↓，n-/n+↓，对测定有利自旋－晶格驰豫：处于高能态的核自旋体系将能量传递给周围环境（晶格或溶剂），自己回到低能态的过程自旋－自旋驰豫：处于高能态的核自旋体系将能量传递给邻近低能态同类磁性核的过

7、程三、自旋驰豫*2.共振吸收条件ν0＝ν即照射的无线电波的频率必须等于核进动频率，才能发生核自旋能级跃迁。例：氢(1H)核：H0=1.4092T,ν=60MHz，吸收ν0=60MHz无线电波，核磁矩由顺磁场(m=1/2)跃迁至逆磁场(m=-1/2)→共振吸收。实现核磁共振就是改变照射频率或磁场强度。第三节化学位移一、屏蔽效应H0=1.4092T,ν=60MHz实验发现：由于H核周围的化学环境不同，H核发生共振吸收时，共振频率微小的差异。NMR通过微小的差异——化学位移不同，推测H周围的化学环境H0一定时照射0

8、=所有H核吸收相同频率的光波无意义？H0感应磁场方向核绕核电子在外加磁场的诱导下产生与外加磁场方向相反的感应磁场（次级磁场、抗磁场）屏蔽效应：由于感应磁场的存在，使原子核实受磁场强度稍有降低一、屏蔽效应H=(1-σ)H0σ—屏蔽常数，σ与被研究核的核外电子云密度有关电子云密度↑，σ↑，屏蔽效应↑①扫频（H0一定）：σ↑的核,↓,低频端（右端）②扫场（一定）：σ↑的核，需H0较大才