《NMR课件重要》PPT课件

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1、核磁共振氢谱1.核磁共振的基本原理2.核磁共振仪3.氢的化学位移4.影响化学位移的因素5.各类质子的化学位移6.自旋偶合和自旋裂分7.偶合常数与分子结构的关系8.常见的自旋系统9.简化1H1NMR谱的实验方法10.核磁共振氢谱解析一.核磁共振的基本原理NMR：磁性核受幅射而发生跃迁所形成的吸收光谱。是研究分子结构、构型构象等的重要方法。核磁共振的研究对象：磁性核磁性核：具有磁矩的原子核。磁矩是由于核的自旋运动产生的。并非所有同位素的原子核都具有自旋运动。原子核的自旋运动与自旋量子数（I）有关。自旋量子数I值与原子核的质量数A和核电荷数Z（质子数或

2、原子序数）有关。质量数核电荷数INMR信号电荷分布偶数偶数0无均匀偶数奇数1,2,3,…有不均匀奇数奇数或偶数1/23/2,5/2,…有有均匀不均匀P==·P磁矩（）磁旋比（）：核的特征常数自旋角动量（P）自旋量子数(I)I=0:P=0，无自旋，不产生共振信号。I=0:12C616O832S16I≠0:P≠0，具有自旋现象。I＝1/2，核电荷在核表面均匀分布。核磁共振谱线窄，有利于核磁共振检测。I=1/2:1H113C615N719F931P152、自旋核在磁场中的取向和能级无外磁场（B0）时，磁矩的取向是任意的。在B0中，I0的自旋

3、核，磁矩的取向不是任意的，而是量子化的，共有（2I+1）种取向。可用磁量子数m表示：m：I，I-1，I-2,1,-I.对于1H1原子核：I=1/2共有2种取向：（+1/2，-1/2）磁诱导产生自旋核的能级分裂：m=－1/2m=1/2自旋核在B0场中的进动当自旋核处在外磁场B0中时，除自旋外(自旋轴的方向与一致)，还会绕B0进动,称Larmor进动，类似于陀螺在重力场中的进动。BO自旋核在BO场中的进动hg⊿E=——B02π3、核磁共振gB0n射=——2πhg⊿E=——B02π磁场强度与射频频率成正比。仪器的射频频率越大，磁场强度越大，谱图分

4、辨率越高。在垂直于B0的方向加一个射频场B1，其频率为射，当E射=h射=⊿E时，自旋核会吸收射频的能量，由低能态跃迁到高能态（核自旋发生反转）。产生NMR条件（1）I0的自旋核（2）外磁场B0（3）与B0相互垂直的射频场B1gB0n射=——2π要满足核磁共振条件，可通过二种方法来实现：扫频—固定磁场强度，改变射电频率对样品扫描扫场—固定射电频率，改变磁场强度对样品扫描实际上多用后者。对于1H核，不同的频率对应的磁场强度：射频（MHZ）磁场强度（特斯拉）601.40921002.35002004.70003007.100050011.7500

5、饱和与弛豫饱和：在外磁场作用下，1H倾向于与外磁场相同取向的排列。处于低能态的核数目多，由于能级差很小，只占微弱的优势。1H-NMR的讯号依靠这些微弱过剩，低能态核吸收电磁辐射跃迁到高能级而产生信号。如果高能态核无法返回到低能态，那末随着跃迁的不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直至消失，处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等，与此同步，NMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。上述这种现象称为饱和。核弛豫：1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态。只有当激发和辐射的几率相等时，才能维持Boltzmann分布，不会出现饱和现象，可以连

6、续观测到光谱信号。N+----低能态的核数N-----高能态的核数k-----Boltzmann常数T-----绝对温度N-/N+=1-E/KT=1–(γh/2)B0/KTBoltzmann分布（低能态的核数＞高能态的核数）：B0越大，N-/N+越大，即低能态的核数越多。弛豫方式：1、自旋－晶格弛豫（纵向弛豫）：反映了体系和环境的能量交换。“晶格”泛指“环境”。高能态的自旋核将能量转移至周围的分子(固体的晶格、液体中同类分子或溶剂分子)而转变为热运动，结果是高能态的核数目有所下降。2、自旋－自旋弛豫（横向弛豫）：反映核磁矩之间的相互作用。高能

7、态的自旋核把能量转移给同类低能态的自旋核，结果是各自旋态的核数目不变，总能量不变。二、核磁共振仪磁体：永久磁体、电磁体(低频谱仪)超导磁体（高频谱仪）射频频率：60，80，100，300，400，600MHz射频源：连续波波谱仪，脉冲傅立叶变换波谱仪脉冲傅立叶变换核磁共振仪—固定磁场：超导磁体（含铌合金在液氮温度下的超导性质。—脉冲方波(强而短的频带，一个脉冲中同时包含了一定范围的各种射频的电磁波)可将样品中所有的核激发。—自由感应衰减信号（FID信号）—经傅立叶变换得到NMR图谱。脉冲自旋核FID谱图照射共振傅立叶变换在核磁共振实验中，由于原子

8、核所处的电子环境不同，而具有不同的共振频率。NMR信号包含许多共振频率的复合信号,分析困难。傅立叶转换(FT)：将时域信号转换成频域信号