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核磁共振 材料与化工学院 焦明立 目录 核磁共振简介 NMR谱图基础分析 核磁共振波谱仪 ＭＲＩ 核磁共振简介 核磁共振或简称NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的谱学方法.它是众多谱学分析法中的一员. 其它的分析方法: 红外光谱学 (IR) 电子自旋共振 (ESR/EPR) 质谱学 (MS) 色谱学 (LC/GC/HPLC) X-ray (SCD/XRF/XRD) 核磁共振成像或称MRI已经频繁的使用在医院的疾病的诊断中. 核磁共振成像NMR imageMRI 研究对象 核磁共振研究的材料可以处于液态,固态. 宏观物质是由大量的微观原子或由大量原子构成的分子组成 (一滴水大约由1022分子组成) 原子又是由质子与中子构成的原子核及核外电子组成. 作用过程 核磁共振（NMR）波谱是吸收光谱的一种。 在NMR中，是用电磁波照射置于强磁场下的原子核，使其能级发生分裂。 当吸收的能量与原子核能级差相等时，就会发生核能级的跃迁，从而产生一种吸收光谱－核磁共振光谱。 频率范围 核磁共振波谱仪 连续波核磁共振仪 2 脉冲傅立叶变换 PFT-NMR 对样品进行单频连续扫场(或扫频) FT中对样品进行宽频带(包含被测谱范围以内全部的频率)强脉冲照射。 实验技术 NMR测定对溶剂的要求： 不产生干扰试样的NMR信号。 较好的溶解性能。 于试样不发生化学反应。 最常用的是氯化碳和氘代氯仿。 NMR谱图基础分析 化学环境 核周围的电子云受外磁场的作用，产生一个与H0方向相反的感应磁场，使外加磁场对原子核的作用减弱 实际上原子核感受的磁场强度为: 核周围，存在着由电子运动而产生的“电子云” 核周围电子云密度受核邻近成键电子排布及外加磁场H0影响 化学位移 一般地，把分子中同类磁核，因化学环境不同而产生的共振频率的变化量，称为化学位移。 自旋的偶合与裂分 CH2质子在δ=3.6ppm CH3质子在δ=1.5ppm 采用高分辨率NMR仪进行测定，得到两组峰 δ=3.6ppm为中心四重峰 δ=1.5ppm为中心三重峰 质子的谱线发生了分裂。 自旋裂分 由于内部相邻的碳原子上自旋的氢核的相互作用，这种相互作用称为核的自旋—自旋偶合，简称为自旋偶合 由自旋偶合作用而形成共振吸收峰分裂的现象，称为“自旋裂分”。 自旋偶合机理 甲基可以自由旋转，甲基中任何一个氢原子和亚甲基的H偶合作用相同。 质子能自旋，相当于一个磁铁，产生局部磁场 在外加磁场中，氢核有两种取向，即平行于磁场方向或反向于磁场方向 两种取向的几率为1：1。 甲基中的每个氢有两种取向三个氢就有8种取向即它们取向组合方式有8种 裂分-峰强、个数 亚甲基H质子 产生三种局部磁场 CH3上质子受到3种磁场作用 NMR谱中出现3重峰 对称分布 峰面积之比1：2：1 （n+1）规律 氢核自旋偶合的规律，可总结如下： ①某组环境相同的n个核，在外磁场中共有（n+1）种取向，而使与其发生偶合的核裂分为（n+1）条谱线，这就是（n+1）规律。 ②每相邻两条谱线间的距离相等。 ③谱线强度比近似于二项式（a+b）展开式的各项系数之比。 谱线强度比 n 二项式展开系数 峰 形 0 1 单 峰 1 1 1 二重峰 2 1 2 1 三重峰 3 1 3 3 1 四重峰 4 1 4 6 4 1 五重峰 5 1 5 10 10 5 1 六重峰 * * H.M大脑只能记忆20秒 人体水分子乱作一团，核磁共振成像仪下，遭到电磁波攻击的质子会排成一行。 在质子重排过程中，电脑会收集它们的信号，并加工成图像。 富含水的组织会发出更强烈的信号。 mm (10-6m) m H C H H nm (10-9m) A (10-10m) 原子核 红外光谱 分子振动光谱 红外区域 紫外光谱 电子振动光谱 紫外区域 核磁共振 核磁共振光谱 ？区域 频率在兆赫兹（MHz） 强磁场 一 装置 傅立叶变换核磁共振波谱仪示意图 PFT－NMR仪主要有以下两个优点： 1)提高了仪器的灵敏度。 2)测量速度快。 H01=H0-σH0=(1