核磁共振基本原理ppt课件

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1、第六章核磁共振波谱分析法第一节核磁共振基本原理nuclearmagneticresonancespectroscopy;NMRprinciplesofnuclearmagneticresonance2021/9/14核磁共振波谱学的发展1946年，Purcell和Bloch观察到核磁共振现象。于1952年获得诺贝尔物理奖2021/9/141945-1951年间，化学位移和自旋偶合的发现，NMR技术的化学应用。1953年世界上第一台商品化NMR谱仪.1964年世界上第一台超导磁场的NMR谱仪1971年世界上第一台脉冲傅立叶变换NMR谱仪20

2、21/9/141976年R.R.Ernst发表了二维核磁共振的理论和实验的文章。获得1991年诺贝尔化学奖2021/9/141．原子核的自旋:atomicnuclearspin一.基本原理如果放在外磁场中,原子核和电子一样,存在自旋.从而有自旋角动量(ρ)和磁矩μ2021/9/14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。I＝0、1/2、1……h:普朗克常数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。I的取值可用下面关系判断：2021/9/142

3、021/9/142.自旋核在外加磁场中的取向(旋转方向)取向数=2I+1在没有外磁场时，自旋核的取向是任意的,并且自旋产生的磁场方向也是任意的.如果把H核放在外磁场中,由于磁场间的相互作用,氢核的磁场方向会发生变化:如:H的I=1/2,则:2021/9/14每一种取向都对映一个能级状态，有一个ms。如：1H核：标记ms为－1/2和+1/22021/9/14H0m=1/2m=-1/2m=1m=-1m=0m=2m=1m=0m=-1m=-2I=1/2I=1I=2zzz1Prm=1/2m=-1/2H0HE2=+mβH0△E=E2－E1=2mβH0E1

4、=－mβH0自旋核在磁场中的行为2021/9/14能级分布与弛豫过程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；弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。2021/9/14讨论:共振条件：0=H0/(2)（1）对于同一种核，磁旋比为定值，H0变，射频频率变。（2）不同原子核，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

5、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。氢核（1H）：1.409T共振频率60MHz2.305T共振频率100MHz磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4T（特拉斯）2021/9/14氢核（1H）：14092G共振频率60MHz2.305T共振频率100MHz磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4T（特拉斯）2021/9/14讨论:在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分，如右图所示

6、。由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定化合物结构。2021/9/14四、核磁共振波谱仪nuclearmagneticresonancespectrometer1．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或100MHz。2021/9/14核磁共振波谱仪2021/9/142021/9/142021/9/143．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

7、生毫伏级信号。4．样品管：外径5mm的玻璃管,测量过程中旋转,磁场作用均匀。2021/9/14NMR谱仪600MHz磁体探头机柜RF产生RF放大信号检测数据采集控制数据信息交流运行控制磁体控制前置放大器计算机数据储存;数据处理;总体控制.2021/9/14NMR谱仪:探头RF接口RF线圈+调谐元件(电容器)HelmholtzSolenoid2021/9/14RF-CoilinNMRProbes2021/9/14傅立叶变换核磁共振波谱仪不是通过扫场或扫频产生共振；恒定磁场，施加全频脉冲，产生共振，采集产生的感应电流信号，经过傅立叶变换获得一般核

8、磁共振谱图。（类似于一台多道仪）2021/9/142021/9/14超导核磁共振波谱仪：永久磁铁和电磁铁：磁场强度<25kG超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材料制备的