核磁共振H谱F BENKEPPT课件.ppt

1 核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR )  核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简写为NMR），是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂（Zeeman Splitting），共振吸收某一特定频率的射频（radio frequency 简写为rf或RF）辐射的物理过程 2 3 1）磁铁：产生一个恒定的、均匀的磁场。磁场强度增加，灵敏度增加。 永久磁铁：提供0.7046T(30MHz)或1.4092T(60MHz)的场强。特点是稳定，耗电少，不需 冷却，但对室温的变化敏感，因此必须将其置于恒温槽内，再置于金属箱内进 行磁屏蔽。恒温槽不能断电，否则要将温度升到规定指标要2~3天！ 电磁铁：提供2.3T的场强，由软磁铁外绕上激磁线圈做成，通电产生磁场。它对外界温度 不敏感，达到稳定状态快，但耗电量大，需要水冷，日常维护难。 超导磁铁：提供5.8T的场强，最高可达12T，由金属(如Nb、Ta合金)丝在低温下(液氮)的 超导特性而形成的。在极低温度下，导线电阻挖为零，通电闭合后，电流可循 环不止，产生强磁场。特点是场强大、稳定性好，但仪器价格昂贵，日常维护 费用极高。 磁场漂移应在10-9-10-10之间可通过场频锁定方式克服。 2）探头：由样品管、扫描线圈和接收线圈组成。样品管要在磁场中以几十Hz的速率旋转, 使磁场的不均匀平均化。扫描线圈与接收线圈垂直放置，以防相互干扰。在 CW-NMR中,扫描线圈提供10-5T的磁场变化来进行磁场扫描。 3）射频源：类似于激发源。为是到高分辨率，频率波动应小于10-8，输出功率(小于1W) 波动应小于1%。 4） 信号检测及信号处理。 4 NMR简介 1. 一般认识 NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation) 的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强 有力的工具之一，亦可进行定量分析。 在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能 级差约为2510-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm,4-900MHz)时， 将发生核能级的跃迁产生所谓NMR现象。 与UV-Vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对 象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。 氢原子的位置、环境以及官能团和 C骨架上的H原子相对数目 NMR spectra 5 2. 发展历史 1924年：Pauli 预言了NMR 的基本理论，即，有些核同时具有自旋和磁 量子数，这些核在磁场中会发生分裂 1946年：Harvard 大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证 实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖 1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨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 响与物质分子结构有关 1970年：Fourier(pulsed)-NMR 开始市场化（早期多使用的是连续波 NMR 仪器） 6 2002年，库尔特·维特里希因“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获得诺贝尔化学奖 9 在无外加磁场时，核能级是简并的，各状态的能量相同 10 NMR基本原理 其中h为Planck常数 (6.62410-27erg.sec)；m为磁量子数，其大小由自旋量子数 I 决定，m 共有2I+1个取值，即角动量 P 有 2I+1 个状态！ 或者说有 2I+1 个核磁矩。 空间存在静磁场时，原子核自旋角动量在静磁场方向上的投影 11 12 两个能级的能量分别为： 两式相减： 又因为， 所以， 即， B0 的单位为特斯拉(T,Kgs-2A-1),1T=104 Gauss 也就是说，当外来射频辐射的频率满足上式时就会引起能级跃迁并产生吸收