第十二章 核磁共振波谱法ppt课件.ppt

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1、核磁共振波谱法（NuclearMagneticResonanceSpectroscopy，NMR）1主要内容第一节概述第二节　核磁共振的基本原理第三节化学位移与其影响因素第四节　自旋耦合与自旋裂分第五节　核磁共振波谱仪第六节　核磁共振波谱法的应用2第一节概述核磁共振波谱法是一种基于测量物质对电磁辐射吸收的分析方法。（1）与紫外-可见光谱法和红外光谱法原理相似，都是基于物质对电磁辐射的吸收的测量方法；（2）电磁辐射的频率范围：ca.4-900MHz，射频区radio-frequency；（3）能级跃迁：原子核能级（自旋能级）的跃

2、迁（4）应用：NMR是解析有机物结构最强有力的工具。3对NMR做出贡献的几个科学家（1）WolfgangPauli：1924年提出某些核有自旋性质，在磁场中能级会分裂；（2）IsidorIsaacRabi：1938年发现核磁共振现象，获得1944年诺贝尔物理奖；（3）FelixBloch和EdwardMillsPurcell将NMR应用到固体和液体，获1952年诺贝尔物理奖。4NMR的商品化（1）1953年，Varian公司生产出第一台高分辨的核磁共振波谱仪，用于化学物质的结构解析；（2）上个世纪70年代，傅立叶变换核磁共振仪

3、商品化。（3）目前有两类NMR仪器：（i）CW-NMR连续波核磁共振仪：扫场/扫频；与吸收光谱法仪器原理相似（ii）FT-NMR傅立叶变换核磁共振仪5第二节NMR的基本原理怎么理解原子核能级？能级——能量状态（energystate）电子能级——电子的运动（不同轨道）振动能级——分子内原子的运动（振动的速度）转动能级——分子内原子的运动（转动的速度）原子核能级——原子核的运动（怎么运动？）6一、NMR的量子理论解释1、原子核的自旋自旋——角动量PNS自旋质子产生的磁场小磁棒产生的磁场NS自旋——磁矩μ72、核磁矩与核自旋角动量

4、的关系μ=γ·Pγ——磁旋比（T-1·s-1）（1）不同类型的核有不同的磁旋比；（2）核磁矩与自旋角动量都是矢量，且方向平行83、自旋角动量：根据量子理论，P是量子化的，与自旋量子数I的关系为（1）核磁矩与核的自旋量子数有关；（2）若I=0，核磁矩为0，也就是说核没有磁性（没有自旋现象？）（3）若I不为零，核磁矩也不为零，有磁性94、自旋量子数I的取值：质子和中子都是费米子，I=1/2，遵循pauli不相容原理（1）原子核=质子（偶）+中子（偶）I=012C（2）原子核=质子（奇）+中子（奇）I=1,2,32H（3）原子核=质

5、子（奇/偶）+中子（偶/奇）I=1/2,3/2,5/21H，13C，19F，31P讨论：（1）类核无NMR，（3）类核中的1H，13C，19F，31P的I都是1/2，NMR的主要研究对象105、核自旋能级：若核的自旋量子数为I，将核置于磁场B0中，核磁矩μ相对于外加磁场有不同的取向。根据量子力学的观点，可以有2I+1种取向,用磁量子数m表示。（1）m的取值：m=I，I－1，I－2……，－I；（2）在磁场中，核磁矩的不同取向代表自旋核不同的能量状态，有2I+1个能量状态；（3）不在磁场中，以上这些能级是简并。我们只讨论I=1/2

6、的核——氢核！111H核的自旋能级m=1/2m=-1/212各自旋能级的能量可用下式计算对于1H核，m=1/2m=-1/213讨论：（1）能级差与外磁场强度B0成正比（2）磁旋比大的核，能级差大：1H比13C的磁旋比大14能级跃迁射频的频率恰好为γB0/2π时，辐射被吸收，质子自旋翻转，由低能级跃迁到高能级！15二、NMR的经典电磁理论的解释先看一个简单的例子：陀螺置于重力场中会出现什么现象？161、磁场中原子核的进动（precession）例子：指南针置于磁场中有什么现象（假设无摩擦力）？SN17如果磁体自身在旋转，情况就不

7、一样了！大家思考，如果一个自身能够旋转（自旋）的磁体放置到磁场中，其运动状态如何？18自旋核在磁场中的拉莫尔进动（LarmorPresses)19拉莫尔进动（LarmorPresses)（1）自旋轴绕磁场做环形进动；（2）进动有一定的速度，其角速度为转换为进动频率（拉莫尔频率）Q:有没有发现拉莫尔频率与前面我们计算的吸收辐射的频率一致？说明什么问题？202、NMR吸收过程根据经典电磁理论，进动粒子的势能：若自旋核吸收能量，势能改变，因磁矩和外磁场强度为常数，其进动角θ必然会改变！21问题!（1）吸收什么样的能量才能使进动角改变

8、？（2）对射频辐射有哪些要求？a.射频的频率与拉莫尔频率一致；b.圆偏振辐射；c.辐射磁场矢量垂直于外加磁场；NMR是辐射磁场与吸收物质的相互作用!!!22三、自旋核在能级上的分布——符合波尔兹曼分布定律Nj/N0=exp(-ΔE/kT)Nj是处于高能级的质子的分布数(m=-