第1章NMR基础.ppt

第一章 核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR );第一节 概论;发展历史;1950 年前后,W .G. Proctor等发现,处在不同化学环境的同种原子核有不同的共振频率(即化学位移)。接着又发现因相邻自旋核而引起的多重谱线(即自旋—自旋耦合)，这一切开拓了NMR 在化学领域中的应用和发展。 1953年Varian开始商用仪器开发，并于同年试制出了第一台NMR仪。 1956年,Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响,而这一影响与分子结构有关。;20 世纪60 年代,计算机技术的发展使脉冲傅里叶变换核磁共振方法和谱仪得以实现和推广,引起了该领域的革命性进步.随着NMR 和计算机的理论与技术的发展,NMR 在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展,具体表现在以下几方面： 1. 仪器向更高的磁场发展，以获得更高的灵敏度和分辨率，现己有300、400、500、600MHz，甚至1000MHz的超导NMR 谱仪；;3. 提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量子跃迁等NMR测定新技术，在归属复杂分子的谱线方面非常有用。瑞士核磁共振谱学家R.R.Ernst因在这方面所作出的贡献，而获得1991年诺贝尔化学奖； 4. 固体高分辨NMR 技术、HPLC-NMR 联用技术、碳氢以外核(异核)的研究等多种测定技术的实现大大扩展了NMR 的应用范围； 5. 核磁共振成象技术等新的分支学科出现，可无损测定和观察物体以及生物活体内非均匀体系的图象，在许多领域有广泛应用，也成为当今医学诊断的重要手段。;第二节 NMR基本原理;原子核的自旋和自旋量子数;原子核的自旋和自旋角动量;原子核的磁性和磁矩;原子核的磁性和磁矩;原子核的磁旋比;一些磁核的性质;磁性核在外磁场(B0)中的行为;同一种核, ?为一常数, B0场强度增大,其共振频率也增大。 对于1H，当B0＝1.4TG时，? ＝60MHz； 当B0＝2.3TG时, ? ＝100MHz (1 TG = 104高斯,1MHz＝106赫兹);磁性核在外磁场(B0)中的行为;磁性核在外磁场(B0)中的行为;对氢核来说， I=1/2，m值只能有2?1/2+1=2个取向：+1/2 和 -1/2。 表示H核在磁场中，自旋轴只有两种取向： 与外加磁场方向相同，m=+1/2，磁能级较低； 与外加磁场方向相反，m=-1/2，磁能级较高。 ;磁性核在外磁场(B0)中的行为;核磁共振产生的条件 01;核磁共振产生的条件 02;此式与量子力学模型导出的式子完全相同。?0称为进动频率。在磁场中的进动核有两个相反方向的取向，可通过吸收或发射能量而发生翻转，见下右图。 ;核磁共振产生的条件-03;核磁共振产生的条件-04;能级分布与弛豫过程(Relaxation Process);弛 豫;驰豫的重要性;自旋-晶格弛豫（spin lattice relaxation）;自旋-自旋弛豫（spin-spin relaxation）;影响NMR 谱线的宽度的因素;化学位移;化学位移的产生;自旋-自旋偶合;这种磁核之间的相互干扰称为自旋—自旋耦合(spin-spin coupling)，由自旋耦合产生的多重谱峰现象称为自旋裂分。耦合是裂分的原因，裂分是耦合的结果。;自旋耦合的简单原理;自旋耦合的简单原理;自旋-自旋偶合;自旋-自旋偶合;自旋-自旋偶合;自旋-自旋偶合;自旋-自旋偶合;偶合常数(coupling constant) J;测试NMR的溶剂;NMR solvent signals;思考题与习题;第三节 NMR仪器;连续波波谱仪(Continual wave-NMR);;脉冲Fourier变换波谱仪;二、仪器组成;;400兆核磁共振谱仪 Varian Unity-400 NMR spectrometer; 布鲁克公司(1960年成立) 核磁部门发展的几个重要阶段： 1963年推出第一台商用脉冲核磁共振谱仪。 1965年与瑞士的Spectrospin AG公司合作，正式进入高分辨核磁共振波谱仪领域。 1967年，多核核磁共振仪在世界范围取得成功，至此，布鲁克的名字享誉世界。 1969年，布鲁克公司推出了世界上第一台商品化付立叶变换核磁共振仪，为分析化学开辟了新天地，成为分析化学史上一个重要的里程碑。 1971年，将高场超导磁体与付立叶变换相结合，使得布鲁克公司在研究级核磁共振仪中处于世界领先地位。 1978年，为了生物医药研究，发展了核磁共振断层扫描系统。 1979年，首先推出了世界上第一台商品化的500MHz 核