波谱分析(2).ppt

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1、练习1：练习2：第一章核磁共振基本原理●历史与进展简介●基本概念第一节核磁共振原理简介B0yxz第一节核磁共振原理简介核磁共振或简称NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的谱学方法.它是众多谱学分析法中的一员.其它的分析方法:电子自旋共振(ESR/EPR)红外光谱学(IR)质谱学(MS)色谱学(LC/GC/HPLC)X-ray(SCD/XRF/XRD)核磁共振成像或称MRI已经频繁的使用在医院的疾病的诊断中.第一节核磁共振原理简介核磁共振研究的材料称为样品.样品可以处于液态,固态.众所周知,宏观物质是由大量的微观原子或由

2、大量原子构成的分子组成(一滴水大约由1022分子组成),原子又是由质子与中子构成的原子核及核外电子组成.核磁共振研究的对象是原子核.HCHHmm(10-6m)mnm(10-9m)A(10-10m)第一节核磁共振原理简介＊NMR,NuclearMagneticResonance,isaphenomenonwhichoccurswhenthenucleiofcertainatomsareimmersedinastaticmagneticfieldandexposedtoasecondoscillatingmagneticfield

3、.＊核磁共振是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂(Zeemansplitting），共振吸收某一特定频率的射频（radiofrequency,RF）辐射的物理过程。第一节核磁共振原理简介1.1基本概念☆原子核的自旋角动量和磁距由质子和中子构成的原子核,像电子一样也有自旋运动,这些微观粒子有和宏观球体类似的性质:自旋运动必产生角动量。☆根据量子力学原理，原子核的自旋角动量（P)为：I：原子核的自旋量子数h:普郎克常数1.1基本概念☆P是空间量子化的,它在直角坐标系Z轴上的投影(PZ)可以表示:m称为磁量

4、子数,m有2I+1个可能取值，即-I,-I+1,…,I-1，I,对于自旋量子数为I的原子核,PZ共有(2I+1)个数值,即P在z轴上的分量是空间量子化。1.1基本概念☆m磁量子数可取的最大数为+I，代入后得到角动量可观察的最大分量（Pm）应为：☆I值是表征原子核性质的一个重要的物理量，它不仅决定原子核有无自旋角动量，而且还决定原子核的电荷分布，NMR特性以及原子核在外磁场中能级分裂的数目。1.1基本概念☆I的数值如下：1）I=0，当中子数、质子数均为偶数；如：12C、16O…2）I=半整数，当中子数与质子数一为奇数，一为偶数如

5、：I=1/2：1H、13C、15N、19F、31P…I=3/2：23Na、35Cl、39K…I=5/2：17O、25Mg…3）I=整数，当中子数与质子数均为奇数，如2H、14N…☆自旋为1/2的核，其电荷呈球形分布，它们都具有磁各向同性的性质。1.1基本概念☆原子核可近似地看成表面分布有电荷的球体，当它绕轴自转时，便会产生一个循环电流。像线圈通电产生磁场一样，原子核的循环电流也产生一个磁场。☆原子核磁矩与自旋角动量之间存在如下关系：为磁旋比(magnetogyricratio)或旋磁比(gyromagneticratio)☆

6、也是量子化的，是磁核重要的物理量之一。1.2核磁共振现象(1)在静电场中原子核的进动及能量在重力场中一个快速旋转的陀螺尽管旋转轴偏离铅直轴,但并不倒下,其旋转轴却绕铅直轴方铅方向以较低的角速度转动.同样,自旋的原子核放在静止的外磁场(H0)中,对核磁距有一个作用力,致使核磁距围绕外磁场(H0)有类似于陀螺一样的进动.(1)在静电场中原子核的进动及能量在磁场中,自旋核可能有(2I+1)取向,从-I到I(-I,-I+1,-I+2,…I)I为1/2的核，在磁场中应有两种状态,即a(m=-1/2)andb(m=+1/2)(1)在静

7、电场中原子核的进动及能量设H0的方向与Z轴的方向重合,与H0的夹角为,则与H0的相互作用的能量为:(1)在静电场中原子核的进动及能量由于m有(2I+1)个值,原子核在外磁场中应有(2I+1)个能级,即在静止磁场中原子核的能量是量子化的.若为I=1/2的核,当m=+1/2时,(z)与H0的取向相同,E值为负,原子核处于低能态(E1);当m=-1/2时,(z)与H0的取向相反,E值为正,原子核处于高能态(E2),原子核吸收或放出能量时,就在能级间发生跃迁,跃迁所遵守的选律为也就是说,原子核只在相邻的能级间发生跃迁,两能

8、级间差为:(2)核磁共振条件在外磁场(H0)条件下,原子核的磁距()绕H0进动的频率(0)为:0=H0=20上式称为拉莫(Larmor)方程,0为拉莫频率☆对同一周期运动体系施加一周期变化的外力,若要使运动体系有效地从外界吸收能量,必须是运动体系的频率与外力的变