现代仪器分析 第六章 核磁共振波谱法.ppt

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1、第六章核磁共振波谱法6-1概述6-2核磁共振波谱法的基本原理6-3核磁共振波谱仪6-4NMR谱的信息6-5核磁共振氢谱及其应用6-6核磁共振碳谱简介UV-Vis、AAS、MFSIR辐射吸收——分子价电子能级跃迁，伴随振转能级跃迁辐射吸收——原子价电子能级跃迁辐射发射——分子价电子激发后去激辐射吸收——分子振转能级跃迁第一节概述（一）核磁共振波谱法简介核磁共振(nuclearmagneticresonance，NMR)：指原子核在磁场中吸收一定频率的无线电波，而发生自旋能级跃迁的现象。核磁共振波谱(NMRspectrum)：以核磁共振信号强度对照射频率(或磁场强度)作图所得图谱。核磁共振波谱

2、法：利用核磁共振波谱进行结构（包括构型、构象）测定、定性及定量的方法。核：磁性质的原子核磁：外加磁场共振：吸收射频辐射产生核自旋能级跃迁，产生NMR信号——吸收光谱范畴研究的对象是处于强磁场中原子核对射频辐射的吸收第一节概述射频辐射→原子核(强磁场下能级分裂)→吸收→能级跃迁→NMR第一节概述核磁共振波谱与紫外-可见光谱及红外光谱的区别①照射频率不同而引起的跃迁类型不同。光谱类型λ跃迁形式紫外-可见吸收光谱200~760nm外层电子能级跃迁红外光谱2.5~25μm分子振-转能级跃迁核磁共振谱60cm~300m原子核自旋能级跃迁②测定方法不同。紫外及红外吸收光谱——亮背景下测暗信号。核磁共振

3、信号——暗背景下测定核磁共振信号，灵敏度较高。第一节概述（二）核磁共振分析的历史及现状1924年：Pauli预言了NMR的基本理论，即：有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂；1946年：Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖；1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨NMR仪器；1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。1970年：Fourier(pilsed)-NMR开始市场化(早期多使用的是连续波NM

4、R仪器)。第一节概述美籍德国人O.Stern：发现质子磁矩1943年诺贝尔物理学奖1944年诺贝尔物理学奖美籍奥地利人I.I.Rabi：应用共振方法测定了原子核磁矩和光谱超精细结构（1）质子磁矩的发现第一节概述（2）核磁共振现象的发现01美国FelixBloch和EdwardMillsPurcell1946年发现核磁共振现象，建立核子感应理论，开辟了核磁共振分析的历史，获1952年诺贝尔物理学奖。第一节概述（3）脉冲傅立叶变换核磁共振仪的发明瑞士RichardR.ErnstPulseFT-NMR1966年发明Fourier-NMR分光法和二维、多维的核磁共振技术，获得了1991年诺贝尔化学

5、奖第一节概述JohnB.Fenn，KoichiTanaka：发明了生物大分子的质谱分析法KurtWüthrich：发明了利用NMR技术测定生物大分子三维结构的方法2002年诺贝尔化学奖（4）生物大分子分析的NMR技术3DStructureofBio-macromolecules第一节概述美国PaulC.Lauterbur英国PeterMansfield上世纪70年代发明磁共振成像技术(MRI)，可从微观到宏观无损探测生物活体的结构和功能。药2003年诺贝尔生理或医学奖（5）核磁共振成像技术（MRI）第一节概述（6）核磁共振仪器的发展1951年，第一台NMR仪于laboratoryofthe

6、UniversityofLeipzig1953年，Varian制作了第一台商用高分辨NMR仪1970年：Fourier(pilsed)-NMR开始市场化1980年:第一台MRI扫描仪问世2005年：950MHz谱仪商品化，二十一世纪出现1GHz以上谱仪第一节概述950MHz、1GHz以上NMR谱仪——更高灵敏度和分辨率二维、三维和多维核磁谱——利于复杂分子谱线归属；固体高分辨NMR技术、HPLC-NMR联用技术、碳、氢以外核的研究——扩展了NMR的应用范围；快速扫描和功能性核磁共振成象技术——提高MRI应用范围（7）NMR仪器的发展方向第一节概述（三）核磁共振光谱分类按原子核种类可分为1H

7、、13C、15N、19F、31P等核磁共振谱。①质子类型（-CH3、-CH2-、、=CH2、-OH、-CHO）及质子化学环境；氢谱主要是给出三方面的结构信息：②氢分布；③核间关系。缺点1）无H的结构无法给出信号；2）对于长链的烷烃，H谱谱线多重叠。第一节概述碳谱可给出丰富碳骨架的信息，但其峰面积与碳数一般不成比例关系。因而氢谱和碳谱可互为补充。19F和31P谱只能用于含F含P的化合物，应用范围较窄。（四）核磁共振光谱的应