《核磁共振波谱法》ppt课件

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1、核磁共振波谱法(NuclearMagneticResonanceSpectroscopy,NMR)陆丽娟1NMR简介2NMR基本原理3NMR仪器及组成4波谱分析1NMR简介1.1NMR在分析中的地位1.1.1常见波谱四大波谱：核磁（NMR），质谱（MS），红外/拉曼（IR/Raman），紫外（UV）。其它：X－射线衍射1.1.2作用MS主要解决的是分子量IR/Raman主要解决的是官能团的问题X－衍射主要解决的是晶体的结构NMR：不但能解决官能团，而且可以解决官能团之间的连接问题，以及分子之间的相互作用。1.2基本知识NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(R

2、adio-frequencyRadiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。在强磁场中，原子核发生能级分裂，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm,4-900MHz)时，将发生核能级的跃迁─产生所谓NMR现象。射频辐射─原子核(强磁场下能级分裂)─吸收─能级跃迁─NMR。测定有机化合物的结构，1HNMR─氢原子的位置、环境以及官能团和C骨架上的H原子相对数目。与UV-Vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。1.3发展历史1924年：

3、Pauli预言了NMR的基本理论，即，有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂；1946年：Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖；1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨NMR仪；1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。1970年：Fourier(pilsed)-NMR开始市场化（早期多使用的是连续波NMR仪器）。1.412位因对核磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖科学家1944

4、年I.Rabi1952年F.Block1952年E.M.Purcell1955年W.E.Lamb1955年P.Kusch1964年C.H.Townes1966年A.Kastler1977年J.H.VanVleck1981年N.Bloembergen1983年H.Taube1989年N.F.Ramsey1991年R.R.Ernst2.1原理带正电荷的、且具有自旋量子数的核会产生磁场，该自旋磁场与外加磁场相互作用，将会产生回旋，称为进动(Procession)。进动频率与自旋核角速度及外加磁场的关系可用Larmor方程表示：0称为进动频率。可见，核在磁场中将发生分

5、裂，可以吸收一定频率的辐射而发生能级跃迁。2NMR基本原理2.1.2自旋量子数与原子核的质量数及质子数关系a)并非所有的核都有自旋，或者说，并非所有的核会在外加磁场中发生能级分裂!当核的质子数Z和中子数N均为偶数时，I=0，该原子核将没有自旋现象发生。如12C，16O，32S等核没有自旋。b)当Z和N均为奇数时，I=整数，P0，该类核有自旋，但NMR复杂，通常不用于NMR分析。如2H，14N等c)当Z和N互为奇偶时，I=半整数，P0，可以用于NMR分析，如1H，13C。表1自旋量子数与原子核的质量数及质子数关系2.2能级分布与弛豫过程(RelaxationP

6、rocess)2.2.1核能级分布在一定温度且无外加射频辐射条件下，原子核处在高、低能级的数目达到热力学平衡，原子核在两种能级上的分布应满足Boltzmann分布：通过计算，在常温下，1H处于B0为2.3488T的磁场中，位于高、低能级上的1H核数目之比为0.999984。即：处于低能级的核数目仅比高能级的核数目多出16/1,000,000。2.2.2.1弛豫的产生处于高能态的核通过非辐射途径释放能量而及时返回到低能态的过程称为弛豫。由于弛豫现象的发生，使得处于低能态的核数目总是维持多数，从而保证共振信号不会中止。弛豫越易发生，消除“磁饱和”能力越强。2.2.2

7、.2弛豫的分类纵向弛豫1：又称自旋-晶格弛豫。处于高能级的核将其能量及时转移给周围分子骨架(晶格)中的其它核，从而使自己返回到低能态的现象。横向弛豫2：又称自旋-自旋弛豫。当两个相邻的核处于不同能级，但进动频率相同时，高能级核与低能级核通过自旋状态的交换而实现能量转移所发生的弛豫现象。2.2.2弛豫2.3化学位移(ChemicalShift)2.3.1化学位移定义化学位移：在一定的辐射频率下，处于不同化学环境的有机化合物中的质子，产生核磁共振的磁场强度或共振吸收频率不同的现象，称为化学位移。常见结构化学位移范围见图1。图1常见结构单元化学位移范围2.3.2化

8、学位移产生原因及其表示方