《核磁共振基本原理》PPT课件

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1、第十一章核磁共振波谱分析一、原子核的自旋atomicnuclearspin二、核磁共振现象nuclearmagneticresonance三、核磁共振条件conditionofnuclearmagneticresonance四、核磁共振波谱仪nuclearmagneticresonancespectrometer第一节核磁共振基本原理nuclearmagneticresonancespectroscopy;NMRprinciplesofnuclearmagneticresonance2021/7/182021/7/181H应用实例质谱给出分子量为269分子式为:C17H17N3

2、O2021/7/18NMR方法（1）在很强的外磁场中，某些磁性原子核可以分裂成两个或更多的量子化能级。（2）用一个能量恰好等于分裂后相邻能级差的电磁波照射，该核就可以吸收此频率的波，发生能级跃迁，从而产生NMR吸收。2021/7/18PP:原子核的角动量:磁矩o:拉默尔频率:磁旋比o原子核I>1/2NMR的形成2021/7/18一、原子核的自旋atomicnuclearspin（1）一些原子核像电子一样存在自旋现象，因而有自旋角动量：P=[I(I+1)]1/2I为自旋量子数（3）m与P方向平行。（2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会产生核磁矩：m=

3、P磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核具有不同的磁旋比，它是磁核一个特征（固定）值。2021/7/18若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些核的行为很象磁棒，在外加磁场下，核磁体可以有（2I+1）种取向。只有自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩可以产生能级分裂的核2021/7/18讨论:(1)I=1或I>0的原子核I=1：2H，14NI=3/2：11B，35Cl，79Br，81BrI=5/2：17O，127I（重要）(2)Ｉ＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P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；原子核可看作核电荷均匀分布

4、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。2021/7/18二、核磁共振现象nuclearmagneticresonance氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）：与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2;(2)与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;2021/7/18E=E2－E1=（h/2）B0自旋核在磁场中的行为Pm=-1/2m=+1/2B01HEE1=－（h/4）B0E2=+（h/4）B0磁旋比；B0外磁场强度发生核磁共振时：E=h0共振频率0=（1/2）B02021/7/18EB

5、01Hsplitting13CsplittingE静磁场(B0)E=hB0/2NMR的形成2021/7/18yearFrequency(MHz)S/Na1961606196510030196922080197820030019783608001985500360019886006000199475090001995500b300001996200080090030000背景介绍2021/7/18（1）在相同B0下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。例如，在2.3T的磁场中，1H的共振频率为100MHz，13C的为25MHz只是氢核的1

6、/4，而133Cs的仅仅是氢核的1/8左右。总结（2）对同一种核，一定，当B0不变时，共振频率不变；当B0改变时，共振频率也随之而变。例如，氢核在1.409T的磁场中，共振频率为60MHZ，而在2.350T时，为100MHZ。2021/7/18（3）核磁共振产生的条件conditionofnuclearmagneticresonance(1)核有自旋(磁性核)(2)外磁场,能级裂分;(3)照射频率与外磁场的比值0/B0=/(2)2021/7/18三.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

7、比：两能级上核数目差：百万分之十；2021/7/18倘若体系吸收了足够的射频能量，使相邻能级上的粒子数相等，这时体系不再呈现净吸收，因而无法测得核磁共振信号，此时称为饱和。那么，靠什么维持NMR信号呢？饱和(saturated)——低能态的核数目等于高能态的核数目2021/7/18驰豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态纵向驰豫也称自旋-晶格驰豫处在高能级的核将能量以热能形式转移给周围分子骨架（晶格）中的其它核，而回到低能级，这种释放能量的方式