波谱分析 第四章 1NMR基本原理

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1、第四章核磁共振波谱分析法一、原子核的自旋二、核磁共振现象三、核磁共振条件四、饱和与弛豫第一节核磁共振基本原理概述NMR与UV、IR同样，都是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁而产生的。UV分子吸收200－800nm辐射电子跃迁IR分子吸收2.5－50m辐射振动能级跃迁NMR分子吸收106－109m辐射磁能级跃迁106－109m辐射与暴露在强磁场中的磁性原子核相互作用，引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁，从而产生信号。根据NMR图上吸收峰的位置、强度和精细结构可以了解特定原子（1H13C等）的化学环境、原子个数、邻接基团的种类

2、及分子的空间构型。一、原子核的自旋与磁矩I：自旋量子数；h：普朗克常数；原子的自旋情况可以用（I）表征：质量数原子序数自旋量子数I偶数偶数0偶数奇数1，2，3….奇数奇或偶1/2；3/2；5/2….自旋角动量：2hp)1(+=IIP核磁共振研究的对象是具有磁矩的原子核。讨论:(1)I=0的原子核16O、12C、32S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、(3)Ｉ＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P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。原子核的磁矩m的大小与I有关，I>0的核，m0产生核磁共振信号。I=1/2的核（氢核），可当作电荷均匀分布的球，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁－核磁。产生磁场的方向用右手法则来确定，磁性大小称核磁矩。2hp)1(+=IIPm＝－磁旋比，原子核的特性参数，是原子核的重要属性。1H：＝2.675×108（radT-1S-1）13C:＝6.728×107（radT-1S-1）自旋核的取向具有磁矩的核在外

4、磁场中，排列有序，取向是量子化的。磁量子数ｍ表示核自旋空间不同取向。可有(2I+1)个取向，(m＝I、I-1、…-I+1、－I)如：氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）：(1)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;B0ｍ＝＋1/2;ｍ＝－1/21HI=1/2B0ｍ＝－1ｍ＝＋1ｍ＝014NI=1自旋核的能级核磁矩在外磁场中与磁场相互作用能EEI=1/2m=+1/2m=-1/2B0ｍ＝-1/2时，E(-1/2)＝mZB0＝-(-1/2)ｍ＝+1/2时，E(+1/2)＝－mZB0＝-(+

5、1/2)2ph2ph.B0.B0相邻两能级间的能量差为：E＝E(-1/2)－E(＋1/2)＝2ph.B0E＝－mZB0外加磁场越强，能级裂分越大，能级差越大。－核磁共振基本关系式2phB0E＝h2＝若在与B0垂直方向上加一个交变场（射频场）其频率2。当2＝1时，自旋核会吸收射频波的能量，由低能级跃迁到高能级－核磁共振吸收吸收的射频波的能量2pB02＝吸收的射频波的频率2pB0＝核磁共振条件核有自旋(磁性核)。在外磁场中,核能级发生裂分。能量是量子化的。射频振荡线圈产生电磁波（＝10－100mm）。当射频场能量（E＝h)

6、恰等于二能级间差（E）时，核吸收能量由低能级跃迁到高能级（4）照射频率与外磁场的比值/B0=/(2)讨论:（1）射频频率与磁场强度成正比。对于同一种核，为定值，B0强度越高，射频频率越高。氢核（1H）：1.409T共振频率60MHz2.305T共振频率100MHzB0的单位：1高斯（GS）=10-4T（特斯拉）（2）不同原子核，磁旋比不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度B0和射频频率不同。（3）固定B0，改变（扫频），不同原子核在不同频率处发生共振。也可固定，改变B0（扫场）。扫场方式应用较多。共振条件：=B0/(2)

7、讨论:1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分。由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定化合物结构。第四章核磁共振波谱分析法一、连续波核磁共振仪二、脉冲傅立叶变换核磁共振仪三、核磁共振仪的主要指标第二节核磁共振仪简介高分辨核磁共振仪型号和种类按产生磁场来源不同永久磁铁电磁铁超导磁铁按1H在不同磁场强度下的共振频率：如60MHz仪器是指磁场强度1.4092T，1H的共振频率60MHz。90MHz（2.1100T）100MHz（2.4400T）

8、200MHz（5.1700T）300MHz（7.0500T）按射频来源不同连续波核磁共振仪（CW）脉冲傅立叶变换核磁共振仪(PFT-NM