核磁共振波谱分析.ppt

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1、核磁共振波普分析一、原子核的自旋二、核磁共振现象三、核磁共振条件第一节基本原理核磁共振（NMR）：在外磁场的作用下，具有磁矩的原子核存在着不同能级，当用一定频率的射频照射时，可引其原子核能级跃迁的现象。核磁共振信号强度对照射频率作图，所得图谱称为核磁共振波谱。利用核磁共振波谱进行结构测定分析的方法称为核磁共振波谱法。该方法属于吸收光谱范畴。NMR共振吸收法是一种测定核能级跃迁吸收的一种特殊方法。研究对象为具有核磁矩的原子核一、原子核的自旋原子核是带正电粒子，通过对原子光谱精细结构研究，发现了核的自旋运动，若原子核存在自旋，

2、就会产生核磁矩：角动量p、核磁矩都是矢量，其方向平行，符合右手法则自旋轴称为磁旋比，(magnetogyricratio),每种核都有特定值。对于1H1核，其值为2.67519108T-1s-1;Ⅰ为自旋量子数形成分子原子核在外磁场中分裂→分裂能量差为△E→当照射频率满足能量差△E时→则原子核会发生跃迁→产生吸收信号1、核自旋分类（用自旋量子数Ⅰ来描述）(1)I=0的原子核:16O8；12C6；32S16无自旋，没有核磁矩，不产生共振吸收(2)I=1或正整数的原子核:2H1，14N7这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆

3、体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；(3)I=1/2:1H1，13C6，19F9，31P15I=3/2：11B5，35Cl17，79Br35，I=5/2：17O8原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有核磁矩产生，自旋量子数I=1/2的原子核是核磁共振研究的主要对象。例如氢核可当作电荷均匀分布的球体，核绕自旋轴转动时，就会产生磁场，类似一个小磁铁。右手法则自旋轴二、原子核自旋能级和共振吸收（一）核自旋能级分裂1、核磁矩的取向：当核置于外磁场B0中时，相对于外磁场，原子核到底有多少种取向？通常用m（

4、磁量子数）表示,取值范围为I，I-1，…，-I共（2I+1）种取向。核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的。这种现象称为核磁矩的空间量子化。B0m=1/2m=-1/2m=1m=-1m=0m=2m=1m=0m=-1m=-2I=1/2I=1I=2zzz2、核磁矩在外加磁场Z轴上的分量取决于角动量在该轴上的分量（Pz），且3、核能级分裂：若无外磁场，由于核的无序排列，不同自旋方向的核不存在能级的差别。在外磁场作用下，核磁矩按一定方向排列，对氢核的磁矩则有两种取向，即m=1/2,是顺磁场,能量低；m=－1/2，逆磁场，能量

5、高。从而产生了能级的分裂现象。每一种核的磁矩取向所对应的能级可通过下面公式求得。由能级分裂现象说明，高场强仪器比低场强仪器测得的核磁共振信号清晰。（二）原子核的共振吸收1、原子核的进动当带正电荷的、且具有自旋量子数的核绕自旋轴旋转时则会产生磁场，当这个自旋核置于外磁场中时，该核的自旋磁场与外加磁场相互作用，将会产生回旋（摇头旋转），这种回旋称为进动。进动频率与外加磁场关系可用Larmor方程表示：回旋轴2、核磁共振吸收条件在外磁场中，原子核能级产生裂分，由低能级向高能级跃迁时，需要吸收能量。当射频振荡线圈产生电磁波的能

6、量（h0）等于核能级差△E就会有NMR。共振条件(1)核有自旋(磁性核)(2)外磁场，能级裂分;(3)照射频率与进动频率相等(4)背景知识：磁感应强度，单位：特斯拉T永磁铁：0.4-0.7T变压器铁芯：0.8-1.4T超导强电流:几十T地面：0.510-4T例计算在2.3488T磁场中，1H的共振频率。共振条件讨论：（1）对于同一种核，磁旋比为定值，B0变，射频频率变。（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

7、振产生吸收（图）。也可固定，改变B0（扫场,多用）不同原子核在不同磁场强度处发生共振产生吸收。氢核（1H）：1.409T共振频率60MHz2.3488T共振频率100MHz磁场强度B0的单位：1高斯（GS）=10-4T（特斯拉）例计算在多大强度的的磁场中，1H的共振频率为500MHz。三、原子核磁能级上的粒子分布不同能级上分布的核数目可由Boltzmann定律计算：磁场强度2.3488T；25C；1H的共振频率与分配比：Ni、Nj分别为低能级（基态）和高能级（激发态）核的数目，两能级上核数目相差1.610-5；核磁

8、信号就是靠所多出的16/1,000,000低能态氢核的净吸收而产生的。1.000016-1=1.610-5磁核在各能级上的玻尔兹曼分布是热运态平衡。当低能级的磁核吸收了射频辐射后，被激发至高能级，同时给出共振吸收信号。但随着实验的进行，只占微弱多数的低能级磁核越来越少，最后高、低能级上的磁核数目相等—