活泼氢的化学位移值教案资料.ppt

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1、活泼氢的化学位移值NMR发展近二十多年发展高强超导磁场的NMR仪器，大大提高灵敏度和分辨率；脉冲傅立叶变换NMR谱仪，使灵敏度小的原子核能被测定；计算机技术的应用和多脉冲激发方法采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重大作用。英国R.R.Ernst教授因对二维谱的贡献而获得1991年的Nobel奖。瑞士科学家库尔特·维特里希因“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获得2002年诺贝尔化学奖。1H-NMRhowmanytypesofhydrogen?howmanyofeachtype?wh

2、attypesofhydrogen?howaretheyconnected?NMR谱的结构信息化学位移偶合常数积分高度1.核磁共振的基本原理原子核的磁矩自旋核在磁场中的取向和能级核的回旋和核磁共振核的自旋弛豫质量数与电荷数均为双数，如C12，O16，没有自旋现象。I=0质量数为单数，如H1，C13，N15，F19，P31。I为半整数，1/2，3/2，5/2……质量数为双数，但电荷数为单数，如H2，N14，I为整数，1，2……I为自旋量子数原子核的自旋、磁矩自旋角动量（PN），自旋量子数（I）I=0，1/2，1，3/

3、2……磁矩（μN*），核磁矩单位（βN），核磁子；磁旋比（γN）自旋核在磁场中的取向和能级具有磁矩的核在外磁场中的自旋取向是量子化的，可用磁量子数m来表示核自旋不同的空间取向，其数值可取：m=I,I-1,I-2,……,-I，共有2I+1个取向。I=n/2n=0,1,2,3----（取整数）一些原子核有自旋现象，因而具有角动量，原子核是带电的粒子，在自旋的同时将产生磁矩，磁矩和角动量都是矢量，方向是平行的。哪些原子核有自旋现象？实践证明自旋量子数I与原子核的质量数A和原子序数Z:AZI自旋形状NMR信号原子核偶数偶数

4、0无自旋现象无12C,16O,32S,28Si,30Si奇数奇数或偶数1/2自旋球体有1H,13C,15N,19F,31P奇数奇数或偶数3/2,5/2,---自旋惰球体有11B,17O,33S,35Cl,79Br,127I偶数奇数1,2,3,---自旋惰球体有2H,10B,14N能级分裂两种取向代表两个能级，m=-1/2能级高于m=1/2能级。核的回旋和核磁共振当一个原子核的核磁矩处于磁场BO中，由于核自身的旋转，而外磁场又力求它取向于磁场方向，在这两种力的作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋，这种运动称

5、为Larmor进动。原子核的进动在磁场中，原子核的自旋取向有2I+1个。各个取向由一个自旋量子数m表示。自旋角速度ω，外磁场H0，进动频率ν磁旋比：1H=26753，2H=4107，13C=6726弧度/秒高斯共振条件原子核在磁场中发生能级分裂，在磁场的垂直方向上加小交变电场，如频率为v射，当v射等于进动频率ν，发生共振。低能态原子核吸收交变电场的能量，跃迁到高能态，称核磁共振。核磁共振的条件:ΔE=hv迴=hv射=hBO/2π或v射=v迴=BO/2π射频频率与磁场强度Bo是成正比的，在进行核磁共振实验时，所用

6、的磁强强度越高，发生核磁共振所需的射频频率也越高。要满足核磁共振条件，可通过二种方法来实现：频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度实际上多用后者。各种核的共振条件不同，如：在1.4092特斯拉的磁场,各种核的共振频率为：1H60.000MHZ13C15.086MHZ19F56.444MHZ31P24.288MHZ对于1H核，不同的频率对应的磁场强度：射频40MHZ磁场强度0.9400特斯拉601.40921002.35002004.70003007.10005001

7、1.7500Boltzmann分布在质子群中处于高低能态的核各有多少？在绝对温度0度时，全部核处于低能态在无磁场时，二种自旋取向的几率几乎相等在磁场作用下，原子核自旋取向倾向取低能态，但室温时热能比原子核自旋取向能级差高几个数量级，热运动使这种倾向受破坏，当达到热平衡时，处于高低能态的核数的分布服从Boltzmann分布：n+/n-1+ΔE/kT式中：n+----低能态的核数n-----高能态的核数k-----Boltzmann常数T-----绝对温度当T=27C,磁场强度为1.0特斯拉时，高低能态的核数只差6.

8、8ppm磁场强度为1.4092时，高低能态的核数只差10ppm核的自旋驰豫驰豫过程可分为两种类型：自旋-晶格驰豫和自旋-自旋驰豫。驰豫过程:由激发态恢复到平衡态的过程自旋晶格驰豫：核与环境进行能量交换。体系能量降低而逐渐趋于平衡。又称纵向驰豫。速率1/T1，T1为自旋晶格驰豫时间。自旋自旋驰豫：自旋体系内部、核与核之间能量平均及消散。又称横向驰豫。体系的做能