核磁共振波谱和质谱分析.jsp.ppt

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1、*第十三章核磁共振波谱一、概述generalization二、原子核的自旋nuclearspin三、核磁共振现象nuclearmagneticresonance四、饱和与弛豫Saturationandrelaxation第一节核磁共振原理Nuclearmagneticresonancespectroscopy,NMRPrinciplesofnuclearmagneticresonance一、概述generalization在磁场的激励下，一些具有磁性的原子核存在着不同的能级，如果此时外加一个能量，使其恰等于相邻2个能级之差，则该核就可能吸收能量（

2、称为共振吸收），从低能级跃迁到高能级。吸收的能量数量级相当于射频率范围的电磁波，因此，所谓核磁共振就是研究磁性原子核对射频能的吸收。*紫外-可见红外核磁共振吸收能量紫外可见光200~780nm红外光780nm~1000m无线电波1~100m跃迁类型电子能级跃迁振动能级跃迁自旋原子核能级跃迁与紫外、红外光谱的比较*利用核磁共振光谱图进行结构预测，定性与定量分析的方法称为核磁共振波谱法，简称NMR。在有机化合物中，经常研究的是1H和13C的共振吸收波谱。吸收一定的能量，原子核能级发生跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振谱图。NMR是结构分析的重要工

3、具之一，在化学、生物、医学、临床等研究工作中得到了广泛的应用。分析测定时，样品不会受到破坏，属于无破损分析方法。原子核具有质量并带正电荷，大多数核有自旋现象，在自旋时产生磁矩（），磁矩的方向可用右手定则确定，核磁矩和核自旋角动量P都是矢量，方向相互平行，且磁矩随角动量（P）的增加成正比地增加。（一）原子核的磁性二、原子核的自旋nuclearspin=P，—磁旋比（magnetogyricration），不同的核具有不同的磁旋比，对某元素是定值。是磁性核的一个特征常数。1H核的H=2.68×108T-1·S-1（特[斯拉]-1·秒-1）；1

4、3C核的C=6.73×107T-1·S-1核的自旋角动量P是量子化的，与核的自旋量子数I的关系如下:I可以取0,1/2,1,3/2,2,5/2,3等值。*代入式（=P）当I=0时，P=0，原子核没有自旋现象，只有I﹥0，原子核才有自旋角动量和自旋现象。实践证明，核自旋与核的质量数，质子数和中子数有关。质量数为偶数原子序数为偶数自旋量子数为0无自旋12C6，2S16，16O8原子序数为奇数自旋量子数为1,2,3有自旋14N7质量数为奇数原子序数为奇数或偶数自旋量子数为1/2,3/2,5/2有自旋1H1，13C619F9，31P15自旋量子数为零的

5、原子核有：16O，12C，32S，28Si，因为没有磁矩，不产生共振吸收谱，不能用核磁共振来研究；自旋量子数大于或等于1原子核有：2H，14N、11B，35Cl，79Br，81Br和127I，这类原子核电荷分布可看作是一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收情况复杂，目前在核磁共振的研究上应用还很少。自旋量子数I=1/2的原子核，核电荷呈球形均匀分布于核表面，如:1H1，13C6，19F9，31P15，它们核磁共振现象较简单，谱线窄，适宜检测，目前研究和应用较多的是1H和13C核磁共振谱。（二）核自旋把自旋核放在场强为B0的磁场中，由于磁矩与磁场的相互

6、作用，核磁矩相对外加磁场有不同的取向，共有2I+1个，各取向可用磁量子数m表示m=I，I-1，I-2，……-I。每种取向各对应一定能量状态，其大小为E=-B0m/I。I=1/2的氢核只有两种取向；I=1的原子核有三种取向，依次类推，如下图所示：与外磁场平行，能量较低，m=+1/2,E1/2=-B0与外磁场方向相反，能量较高，m=-1/2,E-1/2=B0I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系由式E=-ZB0及图可知，1H核在磁场中，由低能级E1向高能级E2跃迁，所需能量为：△E=E2－E1=B0-(-B0)=2B0△E与核磁矩及外磁场

7、强度成正比，B0越大，能级分裂越大，△E越大。三、核磁共振nuclearmagneticresonance如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0中的核，且射频频率恰好满足下列关系时：h=ΔEΔE=2B0处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至高能态，这种现象叫做核磁共振现象。（核磁共振条件式）（1）对自旋量子数I=1/2的同一核来说，因磁矩为一定值，所以发生共振时，照射频率的大小取决于外磁场强度的大小。外磁场强度增加时，为使核发生共振，照射频率也相应增加；反之，则减小。例：外磁场B0=4.69T，1H的共振频率为:放在外磁场B0=2.35T，=1

8、00MHz（2）对自旋量子数I=1/2的不同核来说，若同时放入一固定磁场中，共振频率的大小取决于核本身磁矩的