第十九章核磁共振波谱分析法课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第十九章 核磁共振波谱分析法,一、原子核的自旋,atomic nuclear spin,二、核磁共振现象,nuclear magnetic resonance,三、核磁共振条件,condition of,nuclear magnetic resonance,四、核磁共振波谱仪,nuclear magnetic resonance spectrometer,第一节 核磁共振基本原理,nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR,principles of nuclear magnetic resonance,2024/9/16,一、 原子核的自旋,atomic nuclear spin,若原子核存在自旋，产生核磁矩：,自旋角动量：,核磁子=,eh,/,2M c,；,自旋量子数（,I,）,不为零的核都具有磁矩，,核 磁 矩：,2024/9/16,讨论:,(,1,),I,=0,的原子核,16,O；,12,C；,22,S,等,，,无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收,(2),I,=1,或,I,0,的原子核,I,=1 ：,2,H，,14,N,I,=3/2：,11,B，,35,Cl，,79,Br，,81,Br,I,=5/2：,17,O，,127,I,这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；,(3),1/2的原子核,1,H，,13,C，,19,F，,31,P,原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，,C，H,也是有机化合物的主要组成元素。,2024/9/16,H,0,m,=,1,/,2,m,=,-,1,/,2,m,=,1,m,=,-,1,m,=,0,m,=,2,m,=,1,m,=,0,m,=,-,1,m,=,-,2,I,=,1,/,2,I,=,1,I,=,2,z,z,z,1,P,r,m=,1/2,m=,-1/2,H,0,H,E,2,=+,m H,0,E,=,E,2,E,1,= 2,m H,0,E,1,=,m H,0,2024/9/16,二、 核磁共振现象,nuclear magnetic resonance,自旋量子数,I,=1/2,的原子核（氢核），可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。,当置于外磁场,H,0,中时，相对于外磁场，有（2,I,+1）,种取向：,氢核（,I,=1/2），,两种取向（两个能级）：,(1)与外磁场平行，能量低，磁量子数,1/2;,(2)与外磁场相反，能量高，磁量子数,1/2;,2024/9/16,( 核磁共振现象),两种取向不完全与外磁场平行，,5424,和 125 36,相互作用, 产生进动(拉莫进动)进动频率,0,； 角速度,0,；,0,= 2,0,=,H,0,磁旋比；,H,0,外磁场强度；,两种进动取向不同的氢核之间的能级差：,E,=,H,0,（,磁矩）,2024/9/16,三、核磁共振条件,condition of,nuclear magnetic resonance,在外磁场中，原子核能级产生裂分，由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量。,能级量子化。射频振荡线圈产生电磁波。,对于氢核，能级差：,E,=,H,0,（,磁矩）,产生共振需吸收的能量：,E,=,H,0,=,h,0,由拉莫进动方程：,0,= 2,0,=,H,0,;,共振条件：,0,=,H,0,/ (,2 ),2024/9/16,共振条件,(1) 核有自旋(磁性核),(2)外磁场,能级裂分;,(3)照射频率与外磁场的比值,0,/,H,0,=,/ (,2 ),2024/9/16,能级分布与弛豫过程,不同能级上分布的核数目可由,Boltzmann,定律计算：,磁场强度2.3488,T；25C；1H,的共振频率与分配比：,两能级上核数目差：1.610,-5,；,弛豫(,relaxtion,),高能态的核以非辐射的方式回到低能态。,饱和(,saturated),低能态的核等于高能态的核。,2024/9/16,讨论:,共振条件：,0,=,H,0,/ (,2 ),（1）对于同一种核 ，磁旋比,为定值，,H,0,变，射频频率,变。,（2）不同原子核，磁旋比,不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度,H,0,和射频频率,不同。,（3） 固定,H,0,，改变,（扫频） ，不同原子核在不同频率处发生共振（图）。也可固定,，改变,H,0,（扫场）。扫场方式应用较多。,氢核（,1,H）： 1.409 T,共振频率 60,MHz,2.305 T,共振频率 100,MHz,磁场强度,H,0,的单位：1高斯（,GS）=10,-4,T（,特拉斯）,2024/9/16,讨论:,在1950年，,Proctor,等人研究发现：质子的共振频率与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分，如右图所示。,由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定化合物结构。,2024/9/16,四、核磁共振波谱仪,nuclear magnetic resonance spectrometer,1永久磁铁,：提供外磁场，要求稳定性好，均匀，不均匀性小于六千万分之一。扫场线圈。,2 射频振荡器,：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。60,MHz,或100,MHz。,2024/9/16,3 射频信号接受器,（检测器）：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在感应线圈中产生毫伏级信号,。,4样品管,：外径5,mm,的玻璃管,测量过程中旋转, 磁场作用均匀。,2024/9/16,核磁共振波谱仪,2024/9/16,样品的制备：,试样浓度,：5-10%；需要纯样品15-30,mg；,傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1,mg,；,标样浓度,（四甲基硅烷,TMS）,：,1%；,溶剂,：,1,H,谱 四氯化碳，二硫化碳；,氘代溶剂,：氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物；,2024/9/16,傅立叶变换核磁共振波谱仪,不是通过扫场或扫频产生共振；,恒定磁场，施加全频脉冲，产生共振，采集产生的感应电流信号，经过傅立叶变换获得一般核磁共振谱图。,（类似于一台多道仪）,2024/9/16,超导核磁共振波谱仪：,永久磁铁和电磁铁：,磁场强度100,kG,开始时，大电流一次性励磁后，闭合线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变；温度升高，,“,失超,”,；重新励磁。,超导核磁共振波谱仪：,200-400,HMz,；,可 高达600-700,HMz,；,2024/9/16,内容选择：,第一节 核磁共振基本原理,principle of nuclear magnetic resonance,第二节 核磁共振与化学位移,nuclear magnetic resonance and chemical shift,第三节 自旋偶合与自旋裂分,spin coupling and spin splitting,第四节 谱图解析与结构确定,analysis of spectrograph and,structure determination,第五节,13,C,核磁共振波谱,13,C,nuclear magnetic resonance,结束,2024/9/16,