材料方法-第7章-核磁共振

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1、第7章核磁共振波谱法(NuclearMagneticResonance)原子核自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产生进动核和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。这种过程就是核磁共振。核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深入物质内部而不破坏样品，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科，在科研和生产中发挥了巨大作用。1952年诺贝尔物理学奖：布洛赫(FelixBloch)&珀赛尔(EdwardPurcell)因发展了核磁精密测量的新方法及

2、由此所作的发现——核磁共振。布洛赫(FelixBloch)珀赛尔(EdwardPurcell)12位因对核磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖科学家1944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.Ernst1991年诺贝尔化学奖：恩斯特R.R.Ernst（1933－）瑞士物理化学家主要成就：发展高分辨核磁

3、共振波谱学。这些贡献包括：脉冲傅利叶变换核磁共振谱二维核磁共振谱核磁共振成像2002诺贝尔化学奖:瑞士科学家库尔特·.维特里希“forhisdevelopmentofnuclearmagneticresonancespectroscopyfordeterminingthethree-dimensionalstructureofbiologicalmacromoleculesinsolution".他获得2002年诺贝尔化学奖另一半的奖金。2003年诺贝尔医学奖:美国科学家保罗·劳特布尔(PaulLauterbur)和英国科学家彼得·曼斯菲尔德(PeterMansfield)

4、用核磁共振层析“拍摄”的脑截面图象PeterMRIisusedforimagingofallorgansinthebody1、原子核的自旋(nuclearspin)一、NMR的原理2、核磁共振（NMR）自旋核的磁矩和角动量：当自旋核处于磁场强度为H0的外磁场中时，除自旋外，还会绕H0运动，这种运动情况与陀螺的运动情况十分相象，称为进动μ=p·g·e/2Mμ=γ·p=γ·h/2π·I原子核在外磁场中的运动：自旋和在外加磁场（H。）中的能量（E）与磁矩（μ）的关系（a）不同能量时磁矩（μ）在外加磁场中的取向;（b）磁核能量（E）与磁场强度的关系半数以上的原子核具有自旋，旋转时产

5、生一小磁场。当加一外磁场，这些原子核的能级将分裂，既塞曼效应。3.化学位移不同化学环境中的氢核，受到的屏蔽或去屏蔽作用不同，它们的共振吸收出现在不同磁场强度下。表示：/ppm。=——————106=————106样品-标准仪器Δ(HZ)仪器(MHZ)H。-σH。=(1-σ)H。外加磁场的作用下的原子核的共振频率为实际上原子核感受的磁场强度为CH3CH2Cl的NMR谱图(a)低分辨NMR谱图(b)高分辨NMR谱图化学位移成因一：诱导效应价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，去屏蔽。化学位移成因二：氢键形成－电子云密度改变与质子相连元素的电

6、负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，电子云密度发生变化，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。-CH3，=1.6-2.0-CH2I，=3.0-3.5,J－偶合相邻的磁性核自旋相互作用（即干扰）的结果导致谱线增多。这种原子核之间的相互作用，叫做自旋－自旋偶合，或J－偶合。由自旋－自旋偶合引起的谱线增多的现象，叫做自旋裂分。JAB(Hz)二、NMR谱的表达一维谱二维谱堆积图和等高图核磁共振波谱图的表示方法（a）60MHz仪器（b）100MHz仪器三、NMR提供的信息化学位移值——确认氢原子所处的化学环境，即属于何种基团。耦合常数——推断相邻氢原子的关系与结构吸收峰的面积——

7、确定分子中各类氢原子的数量比。因此只要掌握这三个信息，特别是化学位移和耦合常数与分子结构之间的关系就容易解析NMR谱图。，化学位移、耦合常数与分子结构的关系HCCCHHHHDJHHHCJCH1H13CCH3>C=CH-HC>C=C