[工学]磁共振波谱法nmr

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1、第7章磁共振波谱法（NMR）（NuclearMagneticResonance）1外加频率等于物体固有频率共振发生条件：2第一节概述核磁共振：在外加强磁场作用下，用能量很低的射频电磁波照射分子，使原子核发生核自旋能级跃迁的现象3核磁共振波谱：以磁共振信号强度对照射频率（或磁场强度）作图，所得的图谱甲酸甲酯的NMR图4NMR与UV-Vis，IR的区别：吸收能量不同，跃迁的类型不同5NMR的应用：1、有机化合物的结构研究化学结构的测定立体结构的研究62、物质的定量分析3、医疗与药理研究方面7NMR发展1946

2、年，发现NMR现象1953年，出现了第一台30MHz1958年，出现了60MHz仪器目前，常用的有500MHz，800MHz等仪器8第1节磁共振波谱仪连续波磁共振仪脉冲傅立叶变换磁共振波谱仪910磁共振波谱仪示意图11扫频法：固定磁场强度，改变照射频率扫场法：固定照射频率，改变磁场强度实现核磁共振的方法：12核磁共振信号的产生：能级跃迁时，核磁矩方向改变产生感应电流，以此测定核磁共振信号13第2节基本原理部分原子核具有自旋现象一、原子核的自旋1、自旋分类14原子核具有质量，自旋时会产生一个自旋角动量P。原

3、子核又是个带正电荷的粒子，核的自旋会产生磁矩。核的自旋可用自旋量子数I来描述，依据I取值的不同可将原子核分成三类。15质量数原子序数自旋量子数（I）例偶数偶数零12C、16O、32O奇数奇数、偶数半整数（1/2、3/2…）1H、13C、19F、偶数奇数整数（1、2…）2H、14N（2）I>0的原子核有自旋现象（1）I=0的核无自旋现象I与原子的质量数和原子序数有关目前主要研究I=1/2的核162、核磁矩μ旋转的原子核可看作一个小磁体（带正电）。其磁性的大小可用核磁矩来表示17自旋角动量的表达式：I：原子核

4、自旋量子数如I=0，则P=0，无自旋现象18核磁矩的大小：γ：磁旋比（原子核特征常数）1H：γ=2.68×108/特•秒13C：γ=6.73×107/特•秒19二、自旋取向与核磁能级无外磁场时，核磁矩取向是任意的NS有外磁场时，核磁矩取向是固定的20空间量子化：核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的，这种现象称为空间量子化21在外加磁场中，原子核共有2I+1个取向2I+1I=1m=-1,m=0,m=122磁场中不同I的原子核的核磁矩空间取向23ΔE每一种取向对应的能级能量为对于氢核24ΔE=E2-

5、E1H0越大，ΔE越大H0越大，仪器分辨率更高25ΔE正比于H026三、进动与共振1、原子核的进动（回旋）：原子核在外磁场的作用下，自旋轴绕磁场（回旋轴）进动特点：①自身旋转②同时围绕磁场旋转③自身旋转轴与磁场有一定的夹角(a)地球重力场中陀螺的进动(b)磁场中磁性核的进动27Larmor方程（表示进动频率与外加磁场的关系）（1）H0增大，ν增大（2）H0固定，γ小的核，ν小28表7-1几种原子核的进动频率（H0=2.35T）29I=1/2NS核自旋能级跃迁30H031共振吸收条件：(1)ν0=ν（进动频

6、率等于吸收频率）能级跃迁条件：吸收的能量(hν0)=ΔE如I=1/2=hν032原子核要发生能级跃迁，照射频率等于核进动频率(不同的核频率不同)33（2）Δm=±1（跃迁发生在两相邻的能级间）H034四、核的弛豫激发核基态核吸收能量放出能量弛豫历程：激发核通过非辐射途径放出能量回到基态的过程。35Boltzmann分布：处于低能级的原子核数占有微弱优势H0=1.4092T,温度为300K时n+/n-=1.0000099K=1.38066×10-23J36NS37为什么可以连续地观察到NMR信号？存在使低能

7、级上磁核始终保持微弱多数的内在因素。（弛豫历程）38为什么强射频波照射样品，会使NMR信号消失，而UV与IR吸收光谱法则不消失？思考：思考：39第三节化学位移一、化学位移的产生——核外电子的屏蔽效应共振吸收的条件：根据Larmor方程及共振条件,任何氢核在1.4092T的磁场中，只吸收60MHz的电磁波(进动频率)4060MHz任何氢核在同一位置出现信号(无意义)41CH3COOCH3的NMR图实际上处于不同化学环境下的氢核的共振频率并不相同因化学环境的变化而引起的共振谱线在图谱上的位移称为化学位移42在

8、1.4092T磁场中各种1H的共振吸收频率43H0感应磁场电子自旋产生的感应磁场方向总是与外加磁场相反44由于核外电子云产生感应磁场，使原子核实际受到的磁场强度稍有降低(σ为屏蔽常数)屏蔽效应：45H实=H0-σH0=H0(1-σ)(经修正后的拉莫尔方程)(σ为屏蔽常数)46σ：屏蔽常数，表示屏蔽作用的大小σ的大小取决于氢核周围的电子云密度电子云密度高，σ越大，屏蔽作用越大47H0一定时，σ越大，ν越小，共振吸收峰出现在低频区