波谱分析 氢核磁共振波谱ppt课件.ppt

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1、第3章氢核磁共振波谱1Hnuclearmagneticresonancespectroscopy,1HNMR3.1核磁共振波谱基础3.2核磁共振波谱仪和实验技术13.1核磁共振波谱基础3.2核磁共振波谱仪和实验技术3.3化学位移3.4自旋－自旋耦合和耦合常数3.5谱图分类及分析3.6质子核磁共振波谱的应用Contents23.1核磁共振波谱基础3.1.1概述3.1.2核磁共振原理3.1.3饱和和弛豫3核磁共振波谱（NuclearMagneticResonanceSpectroscopyNMR）是研究处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收，进而获得有

2、关化合物分子结构的信息。3.1.1概述4核:氢核磁共振波谱（1HNMR）核:碳核磁共振波谱（13CNMR）15N13C31P19F1H氢谱氟谱磷谱碳谱氮谱核磁共振现象1946年布洛赫（Bloch）和珀塞尔（Purcell）发现:布洛赫和珀塞尔获得了1952年的诺贝尔物理学奖51949年，奈特证实:乙醇中的质子显示三个独立的峰，分别对应于CH3、CH2和OH基团中的质子。共振频率反映该原子的化学形式60年出现了高分辨核磁共振波谱仪；70年代出现了脉冲傅立叶变换核磁共振波谱仪；近年来由于超导技术的应用，磁场强度为800（MHz）的超导核磁共振波谱仪已

3、经商品化；随着计算机技术的发展，二维核磁共振波谱（2D-NMR）和多维核磁共振波谱等方法的发展迅速.NMR技术成为解决复杂结构问题的最重要的物理方法。63.1.2核磁共振原理3.1.2.1原子核的自旋原子核是带正电的微粒（由质子+中子组成），大多数原子核都具有自旋现象。原子核自旋时会产生磁距（µ），磁距的大小由核本身性质决定。7一种原子核有无自旋现象，可用自旋量子数I判断，I值与原子核的质量数a和核电荷数（质子数或原子序数）Z有关。8讨论:(1)I=0的原子核：16O，12C，22S没有自旋，不能产生共振吸收，没有核磁共振现象。9(2)I>0的原

4、子核，都有自旋，都可以发生核磁共振。I=1或I>1的原子核I=1：2H，14NI=3/2：11B，35Cl，79Br，81BrI=5/2：17O，127I这类原子核的核电荷分布不是球形对称的，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，所以研究应用较少。I＝1/2的原子核：1H，13C，19F，31P这类原子核的核电荷分布是球形对称的，电荷分布均匀，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。103.1.2.2核磁共振现象nuclearmagneticresonance1、核磁能级当自旋核置于外磁场H0中时，有2I+1个取向，用磁

5、量子数ｍ表示111H核:I=1/2的原子核，可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。1H核（I=1/2），两种取向（两个能级）：(1)与外磁场相同，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2;(2)与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;1213两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’和125°36’自旋核受外磁场作用,产生拉莫尔进动。进动频率0;角速度0;0=20=H0式中为磁旋比：=µ/PP为原子核的自旋角动量2、核磁共振现象14hυ=ΔΕ共振时：υ=υ0153.共振条件：(1)核有自旋(磁性核)；(2)

6、外磁场，能级裂分；(3)射频频率与外磁场的比值：/H0=/216讨论:/H0=/2（1）同一种原子核，磁旋比为定值，H0变化，射频频率也随之变化。（2）不同的原子核，磁旋比不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度H0和射频频率不同。（3）固定H0，改变（扫频），也可固定，改变B0（扫场）——连续波核磁共振波谱仪。氢核（1H）：1.41T共振频率60MHz2.35T共振频率100MHz磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4T（特拉斯）173.1.31H核磁共振波谱图的表示方法及积分曲线低场高场小，屏蔽强，共振需要的磁

7、场强度大，在高场出现，图右侧；大，屏蔽弱，共振需要的磁场强度小，在低场出现，图左侧。183.1.4饱和与弛豫不同能级上分布的核数目可由Boltzmann定律计算：磁场强度2.3488T；25C；1H的共振频率与分配比：两能级上核数目差：1.610-5；②弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。①饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。N-=N+193.1.4.1弛豫处于高能态的核可以通过某种途径把多余的能量传递给周围介质而重新返回到低能态，这个过程称为驰豫。横向驰豫（自旋-自旋驰豫）纵向驰豫（自旋-

8、晶格驰豫）20①横向驰豫T2（自旋-自旋驰豫）自旋-自旋驰豫是进行旋进运动的核接近时相互之间交换自旋而产生的，即高能态的核与低能态的核非