核磁共振第1部分..doc

第一章 核磁共振波谱 概 况 核磁共振仪被誉为分子结构显微镜，在有机化合物的结构解析中能同时提供多方面的结构信息，是目前确定有机物结构时最重要和最有效的手段和方法。 核磁共振(NMR：Nuclear magnetic resonance) 技术所能提供的信息： 1、化 学 位 移： 化合物或官能团的类型 2、偶合裂分模式：表证官能团周围空间的化学环境 3、偶 合 常 数： 表证官能团之间的偶合强弱 4、积 分 值： 获得官能团之间或分子间的定量信息 5、自旋弛豫时间：化合物构相确定(T1) 历史与现状 1924年：Pauli曾预言：某些原子核应有自旋角动量和磁矩，在外磁场中应产生能级分裂，其能级应在无线电射频范围内。 30年代初：Gorter设法观察7Li 核，由于样品太纯，T1太长而失败。 后来，美国科学家Rabi因发明了研究气态原子核磁性的共振方法，获1944年年的诺贝尔物理学奖。 1946年：斯坦福大学 Block 小组观察到H2O中质子信号。哈佛大学 Purcell 小组观察到石蜡中质子信号。 同获1952年的诺贝耳奖。 1951年：科学家发现化学位移和偶合常数，把核磁共振与有机物机构紧密地联系在一起。 1953年：美国Varian公司第一台NMR谱仪(30MHZ) 1964年：美国Varian公司第一台超导NMR谱仪(200MHZ) 1971年：日本JEOL公司第一台超导傅立叶变换NMR谱仪(计算机用于NMR谱仪，使NMR技术有了质的飞跃发展) 现 况：瑞士的Bruker公司、美国的Varian公司都能生产800MHz以上的超导傅立叶变换的NMR谱仪。 NMR领域的另外三次诺贝尔奖： 瑞士科学家Ernst因对NMR波谱方法、傅里叶变换、二维谱技术的杰出贡献，获1991年的诺贝尔化学奖。 瑞士科学家Kurt Wüthrich,由于多维NMR技术在测定溶液中蛋白质的三维构象方面的开创性成果，而与一名美国科学家与日本工程师同获2002年的诺贝尔化学奖。 美国科学家Paul Lauterbur、英国科学家Peter Mansfield因为使用梯度场等方法，从而核磁共振快速成像成为可能，他们因核磁共振成像（MRI）技术方法突破型成就同获2003年的诺贝尔医学奖。 分类： 按磁体分类： 永久磁体：60MHz 电 磁 体：60～100MHz 超导磁体：200MHz以上 按工作方式： 连续波(CW) 脉冲傅立叶变换(FT) 研究对象： 凡自旋量子数不为零的核都可以被研究，如 1H1、13C6、31P15、19F9、27Al13、7Li3、11B5、23Na11……. 应用领域： 有机化学、分析化学、高分子化学、石油化工、医学及医药、分子生物学、固体物理学…………。 1 核磁共振原理及仪器构造 1.1 原子核的磁性质 AXZ A—质量数 Z—原子序数 通常写成：1H、13C、31P、19F…… 不 写 成：1H1、13C6、31P15、19F9 质量数(A)、原子序数(Z)与自旋量子数(I)的关系 A Z I 奇 数 偶数或奇数 1/2、3/2、5/2 偶 数 奇 数 1、2、3…… 偶 数 偶 数 0 I=0的核：无自旋，无磁矩，不能用NMR技术进行研究，如12C、16O、32S……。 I=1/2的核：有自旋和磁矩。电四极矩Q=0，电荷分布呈球型对称，是NMR研究最多的核。如1H、13C、19F、31P… I≥1 的核：有自旋和磁矩。电四极矩Q＞0，核电荷呈长椭球面分布，两极的磁场强度比赤道方向强。如2H、10B、23Na、27Al… 电四极矩Q＜0，核电荷向赤道方向密集，呈扁椭球面分布。如7Li、17O、51V、35Cl….. Q＜0、Q=0、Q＞0 的核电荷分别如图1-1所示 图1 自旋核电荷分布 1.2 核磁共振现象 1.2.1 静磁场中原子核的进动—拉摩尔进动 凡自旋量子数I不为零的核，必然会自旋和产生磁矩，在非磁场中，运动是杂乱无章的，而在外部磁场中，这些核的运动将受到外部磁场的影响。 对于I=1/2 的核(1H)，在外部磁场Ho中,将有2I+1个自旋取向，即2×1/2+1=2 只有2种取向： 平行于外部磁场——低能态 反平行于外部磁场—高能态 磁铁磁极 在重力场的作用下