第八章核磁共振波普法ppt课件.ppt

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1、第八章核磁共振(NMR)波谱法1概述一、核磁共振通过测量位于磁场中原子核对射频辐射的吸收来确定化合物的结构、构型和进行化学研究的一种极为重要的方法。二、核磁共振波谱法在外磁场作用下，电磁辐射与原子核相互作用的一种物理现象。2ν0μH0H0μ核磁共振现象B0B031、核的自旋运动：8.1.1原子核的自旋8.1.核磁共振基本原理（P162）42、自旋角动量和核磁矩：I：自旋量子数，I=0，1/2，1，3/2······当I=0时，Pa=0，μa=0，不产生自旋运动；当I≠0时，可产生自旋运动，为磁性核。二者关系：μa＝rPar：磁旋比，±自旋角动量P

2、a核磁矩μa521当中子数、质子数均为偶数时，I=0。如：12C、16O、32S等3当中子数和质子数一个为奇数一个为偶数时，I=半整数，1/2，3/2，5/2，······如：1H，13C，15N，19F，31P，I=1/211B，33S，35Cl，37ClI=3/217OI=5/2当中子数和质子数均为奇数时，I=整数1，2，3，如：2H、14N，I=1；58CoI=2；10BI=3磁性核和非磁性核磁性核非磁性核68.1.2自旋核在磁场中的行为在外加磁场中自旋角动量和核磁矩取向B01H的自旋取向示意图Pa和μa在外加磁场方向上的分量m：磁量子数，

3、取值有2I+1个。m=I，I－1，I－2，······－I72.核自旋能级在外加磁场中产生能级分裂当有外磁场时，原来简并的核自旋能级开始分裂，分裂后各能级的能量为：m：磁量子数，取值有2I+1个。m=I，I－1，I－2，······－I8静磁场中I=2的核核磁矩的空间取向I=2的核在外加磁场中的能级例如，对于I=2的核，在Z轴方向施加磁感应强度为B0的磁场9以1H为例，当外加磁场时，1H核运动的μa有两种取向。(α)(β)8.1.3核磁共振（一）量子力学描述1011ν0μH0H0μ核磁共振现象B0B0（二）核磁共振12产生核磁共振条件是：a.原子

4、核为磁性核，即自旋量子数不为零的核；b.有外磁场，使核自旋能级分裂；c.照射电磁波的能量(hν)与核自旋能级差ΔE相等。13结论：对同一个核，μ相等，ν随B0增加而增加。对于不同核，μ不等，所以ν不同；固定B0，ν随μ增加而增加。核磁共振波谱仪型号习惯上用1H共振频率表示。如，300MHz核磁共振波谱仪说明1H的共振频率应300MHz，而该仪器应用的磁场强度应为7.0T。148.1.4经典力学描述磁场中小磁针自行旋转绕外磁场进动ν0为进动的频率，称为拉摩尔(Larmior)频率从量子力学及经典力学模型都得到核磁共振的基本式子为:158.1.5驰豫

5、过程根据波尔兹曼分布，当B0=1.0T和T=300K时，处于上下能级1H核数目之比为：比仅多百万分之七16处于高能级核通过非辐射释放能量后，返回低能级，这种由高能级回到低能级的过程叫驰豫。驰豫驰豫分为：纵向驰豫横向驰豫17现象：高能级核的能量传递给周围分子而变成动能纵向驰豫——自旋-晶格驰豫表示：核的特征寿命τ1固体达几小时，气体、液体为1s左右。结果：使高能级核的数目降低。18横向驰豫——自旋-自旋驰豫现象：相同核的不同能级间互相交换能量，即一个核的能量被转移给另一个核。表示：核的特征寿命为τ2结果：高低能级自旋核的数目保持不变。固体达10-4

6、s，气体、液体1s左右。191、对于一个磁性核来说，它处于高能态时所停留的平均时间只取决于τ1、τ2中较小的一个；说明2、固体的τ2很小，谱线宽。208.2核磁共振波谱仪（P167）连续波（CW）核磁共振波谱仪脉冲傅立叶变换（PFT）核磁共振波谱仪8.2.1连续波核磁共振波谱仪组成：磁铁、射频发射器、射频接受器、探头和扫描单元211.磁铁2.扫场线圈3.射频发射器4.射频接受器及放大器5.试样管6.记录仪或示波器221.磁铁产生一个外加磁场磁铁的作用磁铁的种类永久磁铁电磁铁超导磁铁232.射频发射器射频的频率与外磁场强度相匹配相当于紫外或红外光谱

7、仪中的光源3.射频接受器作用：接受射频辐射信号NMR信号相当于紫外或红外光谱仪中的检测器ν0μH0H0μ核磁共振现象B0B0244.探头5.扫描单元扫场→保持频率恒定，线形地改变磁场强度；扫频→保持磁场强度恒定，线形地改变频率。但大部分用扫场方式。探头258.2.2样品的制备样品管：玻璃，外径5－10mm，长15－20cm，样品需要加盖。样品：纯物质，一般制成溶液，5－10%；NMR需样品15－30mg，样品量占总管长1/8－1/6溶剂：CCl4，CS2，D2O，CDCl3，C6D626标准（参考）样品：四甲基硅烷(TMS)，(CH3)4Si若D

8、2O，可以用DSS(2,2－二甲基－2硫代戊磺酸钠)作为标准样品。也可采用外标，用毛细管将标准与试样分开。在测定中，样品管以10－20转