波谱分析 核磁

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1、第三章核磁共振氢谱第一节核磁共振基础知识1.1核磁共振的基本原理1.2产生核磁共振的必要条件1.3屏蔽效应及其影响下的核的能级跃迁第二节氢核磁共振2.1化学位移2.2峰面积与氢核数目2.3峰的裂分及偶合常数2.41H-NMR谱解析的程序F.BlochE.M.Purcell核磁共振(NMR)现象的发现1945年Stanford大学F.Bloch小组Harvard大学E.M.Purcell小组1I.Rabi19447A.Kastler19662F.Bloch19528J.H.VanVleck19773E.M.Purcell19529N.Bloembergen19814W.E.Lamb19

2、5510H.Taube19835P.Kusch195511N.F.Ramsey19896C.H.Townes196412R.R.Ernst1991对NMR作出贡献的12位Nobel奖得主RichardR.Ernst唯一一位因为在核磁共振方面的突出贡献获而得Nobel化学奖的科学家FouriertransformationandpulsetechniquesinNMRspectroscopyMultidimensionalNMRNMR的发展第一阶段45~46年：F.Bloch和E.M.Purcell两个小组几乎同时发现NMR现象50年代初：NMR首次应用于有机化学60年代初：NMR开始

3、广泛应用第二阶段70年代：FourierTransform的应用第三阶段80年代：Two-dimensional(2D)NMR诞生（COSY，碳骨架连接顺序，非键原子间距离，生物大分子结构，……）瑞士科学家库尔特维特里希发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法，他获得２００２年诺贝尔化学奖应用领域广泛有机化学、生物化学、药物化学、物理化学、无机化学研究，以及多种工业部门，……核磁共振谱核磁共振成像临床医学第一节核磁共振基础知识1核磁共振的基本原理1.1原子核的自旋核象电子一样，也有自旋现象，其效果相当于产生了旋转电流。旋转电流将会产生感应磁场。因此原子核的自旋运动使之

4、沿自旋轴方向产生感应磁场，从而显示磁性。自旋运动的原子核具有自旋角动量P，同时具有自旋感应产生的核磁距μ。μ＝γPγ磁旋比磁矩μI＝0、1/2、1……I=0，P=0，无磁性，不会产生磁共振现象。只有当I＞O时，才能发生共振吸收，产生共振信号。核的自旋角动量(P)是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子数(I)来描述。I的取值可用下面关系判断：质量数原子序数质子和中子自旋量子数I例奇数奇数或偶数之一为奇数半整数1/2>111H，136C，199F，3115P，157N115B，7935Br，8135Br，3517Cl偶数偶数偶数0126C，168O，3216S，2814Si偶数奇数奇数整

5、数21H，147N(1)I=0的原子核O(16)；C（12）；S（32）等，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。(2)I=1或I>0的原子核I=1：2H，14NI=3/2：11B，35Cl，79Br，81BrI=5/2：17O，127I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；(3)Ｉ＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P原子核可看作核电荷均匀分布的球体，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。1.2磁性原子核在外加磁场中的行为特性1.2.1核的自旋取向、自旋取向数与能级状态自旋核在外加

6、磁场中的取向取向数=2I+1在没有外电场时，自旋核的取向是任意的。每一个自旋取向都代表一个特定的能级状态，用磁量子数ms表示，ms取值为+I，+I－1，…0…–I。如：1H核：I＝1/2ms为－1/2和+1/2E2=+μH0E1=-μH0ΔE=E2-E1=2μH01.2.2核在能级间的定向分布及核跃迁Boltzmann分布在一定温度下，处于高、低两能态核的数目会达到一个平衡,即Boltzmann平衡。对1H核，常温下，在外磁场100MHz的仪器条件下n2/n1=999987/1000000，这种差异正是检测核磁共振信号的基础。一定条件下，低能态的和吸收外部能量跃迁到高能态，并给出相应

7、的吸收信号即核磁共振信号。信号.1.2.3饱和与驰豫低能态的核吸收能量自低能态向高能态跃迁，仅仅多百万分之几的低能态核很快全部都跃迁到高能态，能量不再吸收，与此相应，核磁共振的信号将逐渐减退，直至完全消失此种状态称为饱和状态。饱和高能态的原子核经非辐射形式释放能量返回低能态的过程称为弛豫。驰豫弛豫使核保持Boltzman分布的热平衡状态，使得检测核磁共振的连续吸收信号成为可能。1、自旋-晶格驰豫自旋核与周围的粒子（固体的晶格，液体中的分子或溶剂分子）交换能