2--NMR原理.ppt

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1、核磁共振仪的结构核磁共振基本原理化学位移影响化学位移的因素自旋偶合与裂分13C-NMR及图谱解析DEPT核磁共振氢谱(1HNuclearMagneticResonanceSpectra,1HNMR)核磁共振基本原理核自旋,核磁矩核磁共振核弛豫核自旋,核磁矩原子核是带正电的微粒（由质子+中子组成），大多数原子核都具有自旋现象。NMR研究的对象核的自旋现象，用自旋量子数I表示，I值与原子核的质量数A和核电荷数（质子数或原子序数）Z有关。按自旋量子数的不同，可以将核分成几类。核的自旋与核磁共振质量数（A）原子序数（Z）I奇奇或偶半整数I=1/2,3/2,5/2…偶奇整数I=1,2…偶偶0

2、I=0I=1/2:1H113C615N719F931P1557Fe2629Si77Se34195Pt78199Hg80…I=3/2:7Li39Be411B523Na1133S1639K1963Cu2965Cu2935Cl1737Cl1779Br3581Br35...I=5/2:17O825Mg1227Al1355Mn2567Zn30…I=1:2H16Li314N7I=2:58Co27I=3:10B5I=0:12C616O832S16=·P（：旋磁比）P=I0的原子核都具有自旋现象产生磁矩（），与自旋角动量P有关。核磁共振磁矩的取向自旋核在B0场中的进动核磁共振核磁共

3、振磁矩的取向I0的自旋核，具有一定的角动量P,(P=),核自旋产生磁矩(=·P)。自旋核的取向，即磁矩的取向。无外磁场（B0）时，磁矩的取向是任意的。在B0中I0的自旋核，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+1，-II=1/2的自旋核，共有2种取向（+1/2，-1/2）I=1的自旋核，共有3种取向（+1，0，-1）在B0中：自旋角动量在Z轴（B0轴）上的投影：PZ=m磁矩在Z轴（B0轴）上的投影：Z=·PZ=·m磁矩与磁场相互作用能E：E=-Z·B0=-·m·B0由量子力学可知，只有

4、m=1的跃迁，才是允许跃迁，所以相邻两能级之间的能量差：E=E2–E1E=-··m·B0=··B0E∝B0I=1/2时核磁取向及能级自旋核在B0场中的进动I0的自旋核,绕自旋轴旋转(自旋轴的方向与一致)，自旋轴又与B0场保持一角，绕B0场进动（Process）,或称Larmor进动。这是由于B0对有一个扭力，与B0平行，旋转又产生离心力，平衡时保持不变。（经典力学分析，自旋核在B0中就象一个旋转的陀螺在地心场中。）磁诱导产生自旋核的能级裂分E=hh=··B0=·B0进动的频率=20=·B00=·B00∝B0核磁共振若在垂直于B0的方向加射

5、频场B1(电磁波照射)，其频率为1，在B1的作用下，会产生一个与自旋核旋进方向相同的回旋频率1当1=0时，核就会吸收能量，由低能态（+1/2）跃迁至高能态（-1/2），这时才发生核磁共振现象。=·B0同一种核，=常数，∝B0例如对于1HB0=1.41TG=60MHz,B0=2.35TG=100MHzB0一定时，不同的核，不同，不同。例如：B0=4.7TG时，下列核的共振频率为：1HΥ=26.752(107rad./s.T),200MHz13CΥ=6.728(107rad./s.T)50.3MHz19FΥ=25.181(107rad./s.T)188.2MHz31PΥ=1

6、0.841(107rad./s.T)81MHz(T=104高斯)产生NMR共振的条件（1）I0的自旋核（2）外磁场B0（3）与B0相互垂直的射频场B1，且1=0=·B0弛豫过程和弛豫时间原子核的自旋系统平时处于平衡状态，在B0中，平衡被破坏，从非平衡态逐渐恢复到平衡态的过程称为弛豫过程。从非平衡态逐渐恢复到平衡态的时间为弛豫时间。在电磁波的作用下，激发态的分子可以放出能量回到低能态，重建Boltzmann分布。I=1/2时核磁取向根据Boltzmann分布，对于1H,低能态的核比高能态的核多约百万分之十。对于其它的核，值小，差值更小在NMR中，必须有一个过程来维持Boltzman

7、n分布。否则饱和现象容易发生，即使满足以上核磁共振的三个条件，也无法观测到NMR信号。这个过程称之弛豫过程（Relaxation），即高能态的核以非辐射的形式放出能量回到低能态重建Boltzmann分布。两种弛豫过程：饱和现象随着NMR吸收过程的进行，低能态的核子数越来越少，经过一定时间后，上下能级所对应能态的核子数相等，吸收与辐射几率相等，观察不到NMR吸收；如果射频场太强，从低能态跃迁到高能态的核子数增加太快，而高能态的核子来不