核磁共振与电子顺磁共振波谱法.pptxVIP

第1页/共27页核磁共振与电子顺磁共振波谱法第2页/共27页第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱法 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)和电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance, EPR)与UV和IR相同，也属于吸收波谱。EPR又称为电子自旋共振谱(Electron Spin Resonance, ESR)。 NMR和EPR是将样品置于强磁场中，然后用射频源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能级的共振跃迁；而ESR是使未成对的电子产生自旋能级的共振跃迁。第3页/共27页第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱法NMRESR研究对象具有磁矩的原子核具有未成对电子的物质共振条件式?磁子/J/T称为核磁子，1H的?＝5.05×10-27称为玻尔磁子，电子的?＝9.273×10-24g因子(又称朗德因子，无量纲)氢核1H的g因子为gN＝5.5855自由电子的g因子为ge＝2.0023结构表征的主要参数耦合常数J，单位Hz；化学位移?，常用单位ppm超精细分裂常数?，常用单位特斯拉常用谱图核吸收谱的吸收曲线和积分曲线电子吸收谱的一级微分曲线第4页/共27页3.1 核磁共振波谱 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，有时亦可进行定量分析。 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。第5页/共27页3.1 核磁共振波谱射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)——吸收──能级跃迁──NMR 测定有机化合物的结构，1HNMR──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） 与UV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。第6页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂 原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应磁场，就像形成了一个磁屏蔽，使外磁场对原子核的作用减弱了，即实际作用在原子核上的磁场为,?称为屏蔽常数，它反映了核所处的化学环境。 在一定的辐射频率下，处于不同化学环境的有机化合物中的质子，产生核磁共振的磁场强度或共振吸收频率不同的现象，称为化学位移。第7页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂第8页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂 分子内部相邻碳原子上氢核自旋也会相互干扰，通过成键电子之间的传递，形成相邻质子之间的自旋－自旋耦合，而导致谱峰发生分裂，即自旋－自旋分裂。第9页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂 分裂峰数是由邻碳原子上的氢原子数n决定的，为 n＋1，其峰面积之比为二项展开式系数。第10页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂 分裂峰之间的距离称为耦合常数，一般用nJ 表示(n为两 H 氢间的键数)，单位为Hz。J是核之间耦合强弱的标志，它说明了它们之间相互作用的能量，因此是化合物结构的属性，与外磁场强度的大小无关。第11页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.2 谱图表示方法 横坐标表示的是化学位移和耦合常数，而纵坐标表示的是吸收峰的强度。 由于屏蔽效应而引起质子共振频率的变化量极小，很难分辨，因此，采用相对变化量来表示化学位移的大小。一般选用四甲基硅烷(TMS)为标准物，因为：第12页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.2 谱图表示方法 a)?由于四个甲基中12 个H 核所处的化学环境完全相同，因此在核磁共振图上只出现一个尖锐的吸收峰；b) 屏蔽常数? 较大，因而其吸收峰远离待研究的峰的高磁场(低频)区；c)?TMS—化学惰性、溶于有机物、易被挥发除去； 此外，也可根据情况选择其它标准物。 含水介质：三甲基丙烷磺酸钠。 高温环境：六甲基二硅醚。第13页/共27页 为各吸收峰与TMS吸收峰之间共振频率的差值。3.2 1H－核磁共振波谱3.2.2 谱图表示方法 把TMS峰在横坐标的位置定为横坐标的原点(一般在谱图右端)。其它各种吸收峰的化学位移用化学位移参数? 值表示，? 的定义： ? 是一个比值，用ppm计量，与磁场强度无关，各种不同仪器上测定的数值一样。也用? 作为化学位移的参数， ?＝10－? 。第14页/共27页3.2 1H－核磁共振波谱3.2.2 谱图表示方法