11 1核磁共振原理.ppt

第十一章 核磁共振波谱法 11.1.1 概述 11.1.2 原子核的自旋 11.1.3 核磁共振现象 11.1.4 饱和与弛豫 11.1.1 概述 概述 11.1.2 原子核的自旋 讨论: 11.1.3 核磁共振现象 ( 核磁共振现象) 11.1.4 饱和与弛豫 共振条件 能级分布与弛豫过程 讨论: ?0 = ? B0 / (2? ) 讨论: 内容选择： 11.1 核磁共振基本原理 11.2 核磁共振波谱仪 11.3 1H核磁共振波谱 11.4 13C核磁共振波谱 11.5 二维核磁共振波谱 第一节 核磁共振原理 Nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR Principles of nuclear magnetic resonance （1） 红外光谱可获得化合物分子中的基团信息，缺乏分子骨架结构信息。 （2） 核磁共振波谱也是一种光谱（能量低，无线电波），主要研究的对象是：1H；13C。提供质子、碳骨架结构信息。 （3） 原子核等位于强磁场中时，自旋能级裂分，无线电波照射时，产生核磁共振现象。 原子核的角动量和磁矩 （4） 布洛赫首先测定了水中质子的共振吸收，珀塞尔第一次测定了固态链烷烃中质子的共振吸收。两人获得了1952年的诺贝尔奖。 （5） 1950年，奈特发现乙醇中的质子显示三个独立的峰，分别对应于CH3、CH2和OH基团中的质子。 利用核磁共振来获得有机物的结构信息在对天然产物结构的阐明中起着极为重要的作用。 若存在自旋，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： 原子核的角动量和磁矩 (1) I=0 的原子核： 16 O， 12 C， 32 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 ：2H，14N I = 3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I = 5/2：17O，127I 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)Ｉ＝1/2的原子核： 1H，13C，19F，31P 原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并像陀螺一样自旋，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。 原子核的角动量和磁矩 B 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 B 0 H E2=+ m B0 E= E2 － E1 = 2m B0 E1=－ m B0 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B0中时，相对于外磁场，有(2I+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 m＝＋1/2； (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数 m ＝－1/2。 两种取向不完全与外磁场平行， ?＝54°24’ 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 = ? B0 ? 磁旋比； B0外磁场强度。 两种进动取向不同的氢核之间的能级差： ?E= 2?B0 （?磁矩） 原子核的角动量和磁矩 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= 2?B0 （?磁矩） 产生共振需吸收的能量：?E= 2? B0 = h ?0 由拉莫进动方程：?0 = 2? ?0 = ? B0 ; 共振条件： ?0 = ? B0 / (2? ) (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 / B0 = ? / (2? ) 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；25?C；1H的共振频率与分配比： 两能级上核数