核磁共振课件.ppt

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1、核磁共振1.1H-NMR的基本原理2.1H-NMR的化学位移3.1H-NMR的自旋偶合与自旋裂分4.积分曲线与质子的数目5.1H-NMR的谱图解析6.1H-NMR的聚合物结构分析7.13C-NMR谱简介1924年PauliW.假设特定的原子核具有自旋和磁矩，放入磁场中会产生能级分裂1952年Standford大学的Bloch和Harvard大学的Purcell独立证实了上述假设。获NobelPrize1953年，第一台NMR仪器FT-NMR1991年，Ernst对高分辨核磁共振方法发展（获NobelPrize）2002年（生物大分子的核

2、磁分析）NMR的发展1952年诺贝尔物理学奖授予美国加利福尼亚州斯坦福大学的布洛赫（FelixBloch，1905—1983）和美国马萨诸塞州坎伯利基哈佛大学的珀塞尔（EdwardPurcell，1912—1997），以表彰他们发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现。1991年R.R.恩斯特（瑞士人）发明了傅里叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术2002年诺贝尔化学奖授予瑞士科学家库尔特·维特里希，发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法"NobelPrize近二十多年发展高强超导磁场的NMR仪器，大大提高灵敏度和分

3、辨率；脉冲傅立叶变换NMR谱仪，使灵敏度小的原子核能被测定；计算机技术的应用和多脉冲激发方法采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重大作用。NMR是由磁性核受幅射而发生跃迁所形成的吸收光谱。研究最多、应用最广的是1H核的NMRNMR给出的信息：√①化学位移：各种结构的1H、13C有不同的化学位移，对结构敏感。（有点像IR中的特征吸收）√②磁性核附近的取代情况及空间排列：通过偶合常数J和自旋－自旋裂分来判断。（IR谱中没有）核磁共振谱中的每一个峰都有归属！√③峰面积（积分高度）：a.用于结构分析：各种化学环境相同的核（1H）的个数；b.用

4、于成分分析：由特征峰定量。NuclearMagneticResonanceSpectroscopy1.1H-NMR的基本原理(1)原子核的自旋(2)核磁共振的条件(3)核磁共振仪(1)原子核的自旋1H核带一个正电荷，它可以像电子那样自旋而产生磁矩（就像极小的磁铁）。在外加磁场（HO）中，质子自旋所产生的磁矩有两种取向：与HO同向或反向，对应于或两个自旋态。磁量子数m来表示核自旋不同的空间取向，其数值可取：m=I,I-1,I-2,……,-I，共有2I+1个取向。若原子核存在自旋，产生核磁矩：I：自旋量子数；h：普朗克常数；核磁子=eh/2M

5、c；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自旋情况可以用（I）表征：质量数原子序数自旋量子数I偶数偶数0偶数奇数1，2，3….奇数奇数或偶数1/2；3/2；5/2….核磁矩自旋角动量1．I=0的原子核O(16)；C（12）；S（32）等，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。2．I=1或I>0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可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；3．Ｉ＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P原子核可看作

6、核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，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。1H核自旋能级分裂及其与H0的强弱有关：共振信号的强度根据爱因斯坦的辐射理论，两个能级之间的量子跃迁有感应吸收，感应反射和自发射三种情况，在射频和微波频段的自发发射几率小到可以忽略不计。设相邻两能级为E1和E2，低能级粒子数为N1，高能级粒子数为N2，在热平衡状态下，各能级的粒子数遵从Boltzmann分布：估算，室温t=30℃，T=303K；H0=1T，ν0=42.5775MHz/T，k=1.38066×10-23J/K→(N

7、1-N2)/N1≈7×10-6这说明每百万个低能级上的核比高能级上的核大约只多出7个，因此核磁共振信号非常弱。(2)核磁共振的条件根据量子化学，有：——磁旋比；h——普朗克常数；H0——外加磁场强度。如果用一个处于射频范围的电磁波照射处于H0中的1H，当电磁波的频率ν射恰好满足DE＝hν——②时，处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量，跃迁到高能级态，发生核磁共振。发生核磁共振时，必须满足下式：③式称为核磁共振基本关系式。可见，固定H0，改变ν射或固定ν射，改变H0都可满足③式，发生核磁共振。但为了便于操作，通常采用后一种方法。(3)核磁

8、共振仪a.连续波核磁共振仪根据，连续改变νRF或H0，使观测核一一被激发。扫频：固定H0，改变νRF；√扫场：固定νRF，改变H0（操作更为方便）。连续波仪器的缺点是工作效率低，