波谱分析-研究生-13C核磁共振谱概述培训讲学.ppt

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1、波谱分析-研究生-13C核磁共振谱概述13C-NMR核磁共振发展简介13C-NMR与1H-NMR核磁共振谱图比较　相同点：I=1/2不同点：（2）Resolution高（棒状图1Hz）低(正态分布13C-NMR与1H-NMR核磁共振比较Larmor频率化学位移自旋-自旋偶合e.g.H0=11.7T,w(1H)=500MHzw(13C)=125MHz化学位移~H0»kHz自旋-自旋偶合»Hz-kHz第一节基本原理§1.2受激跃进过程与驰豫过程第一节基本原理受激跃迁核磁共振：驰豫过程一:粒子差数问题与玻磁漫（Botzman）

2、分布13C的自旋量子数为1/2,其在磁场中分布为+1/2和-1/2两种能级状态,这两个能级状态上下所含的粒子数量不同的，在热平衡状态下，遵从玻耳兹曼分布:第一节基本原理一般情况下，近似地有：实际上，N2/N1近似等于1，说明N2与N1仅有微小的差别。第一节基本原理根据爱因期坦的理论，如果有一对能级其上下能级的粒子数相同，则单位时间由上能级跃迁到下能级的粒子数应该等于由下能级跃迁到上能级的粒子数。因此，这时粒子系统既不吸收也不放射能量，无法直接观察到NMR现象。要想观察NMR现象，上下能级的粒子数必须不相等，N2与N1微小的

3、差数,正好提供了观察NMR吸收的可能性。二:受激跃迁过程在外磁场的作用下,粒子发生受激跃迁后,粒子差数是按指数规律减小的，如无其它因素影响,粒子受激跃迁将使两个能级上的粒子是趋于相等,这时看不到吸收信号。第一节基本原理三:驰豫过程从上面的分析，不难看出，在一个核自旋体系上加上共振磁场之后，开始的时候，自旋系统吸收能力较多，信号较大，但很快上下能级粒子数相等，信号消失，这种现象叫“饱和”。如果这样，实验无法进行下去。事实上，实验是能够连续地观察到稳定信号的，这表明必存在着另一个过程，这个过程不断使粒子由上能级跃进到下能级——

4、驰豫过程。第一节基本原理发生核磁共振现象时，样品吸收电磁波量子（能量等于能级差），从低能级跃迁到高能级。同时，高能级的粒子也能跃迁到低能级。这两种过程发生的几率相同。由于波尔兹曼分布，低能级粒子多于高能级粒子。因此，发生核磁共振现象时，将观察到净吸收信号。高能态粒子可以通过自发辐射回到低能级，但在NMR中，由于能级之间的能量非常小，自发辐射的几率非常小当高、低能级的布居数相等时，将无法观察到NMR现象，这种现象叫做饱和（saturation）因此，必须有某种过程存在，使高能级的粒子能够回到低能级，这个过程就是弛豫过

5、程（relaxation）第一节基本原理分类:自旋—晶格驰豫T1（spin-latticerelaxation）是指核磁矩与周围粒子（“晶格”是广义的，泛指核磁矩周围的一切粒子）之间的一种相互作用。这种作用使核矩系统的磁能与晶格的热能互相交换，并使核矩系统的能量保持某一平衡值。在热平衡时，同一时间间隔内由上向下和由下向上跃　迁的粒子数相等。人们将自旋一晶格驰豫时间称为T1：在核磁共振时，有两个过程在起作用一是受激跃迁——核矩系统吸收电磁波能量，其效果是使能级粒子数趋于相等。一是热平衡过程：核矩系统把能量传给晶格，其效果是

6、使粒子趋于热平衡分布。这两个过程将达到相对平衡，将粒子差距将稳定在某一新的数值上。结论：我们可以连续地观察到共振吸收。分类:2、同类核矩之间的能量交换驰豫核矩系统除了和晶格相互发生能量交换外，它们之间也能发生能量交换。例：设有两个相同的核A1和A2。在相互作用中，A1放出一个量子，这量子为A2所吸收。在这个过程中，核矩系统的能量保持不变，没有传给晶格，这个过程叫同类核矩之间的能量交换驰豫。其驰豫时间为：’为同类核矩之间的能量交换驰豫的跃迁几率把自旋一晶格驰豫和同类核矩之间的能量交换驰豫两个过程合在一起，就是总的驰豫作用。

7、2、同类核矩之间的能量交换驰豫因为自旋一晶格驰豫和同类核矩之间的能量交换驰豫都是自旋－自旋相互作用，所以Ｔ２也称为自旋－自旋（Spin-Spin)驰豫时间，Ｔ２包含了两个驰豫过程．Ｔ２描述了粒子离开原来能级的快慢，所以也称之为能级寿命．T1的大小影响到核磁的饱和．T２的则与核磁图谱的谱线宽度密切相关谱线的宽度：即谱线的宽度与T2成反比B0yxzB0yxzM§1.3宏观磁化强度矢量与驰豫具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩.在磁场中,原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场.与外磁场同向和反向的

8、磁矩矢量符合Boltzmann分布.磁矩矢量沿磁场方向的进动使XY平面上的投影相互抵消.由于沿磁场方向能量较低,故原子分布较多一些而造成一个沿Z-轴的非零合磁矩矢量.虽然在理论上经常讨论单一原子的情形,但在实际上,单一原子的核磁信号非常小而无法观测.故此我们定义单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度