核磁共振破谱概念原理仪器结构初定讲义.pptxVIP

核磁共振破谱概念原理仪器结构初定讲义;;主要内容;一.核磁共振破谱分析基础知识介绍; ;; 自旋量子数等于零的原子核没有自旋现象，因而没有磁矩，不产生共振吸收谱，故不能用核磁共振来研究。 自旋量子数等于1或大于1的原子核电荷分布不均匀。它们的共振吸收常会产生复杂情况，目前在核磁共振研究上应用还很少。 自旋量子数等于1/2的原子核有1H，19F，31P，13C等，这些核可当作一个电荷均匀分布的球体，并像陀螺一样地自旋，故有磁矩形成。这些核特别适用于核磁共振实验。前面三种原子在自然界的丰度接近100%，核磁共振容易测定。尤其是氢核（质子），不但易于测定，而且它又是组成有机化合物的主要元素之一，因此对于氢核核磁共振谱的测定，在有机分析中十分重要。; 自旋量子数I为1/2的原子核（如氢核），可当作为电荷均匀分布的球体。当氢核围绕着它??自旋轴转动时就产生磁场。由于氢核带正电，转动时产生的磁场方向可由右手螺旋定则确定，如图1所示。 ; I=1/2的氢核，在外加磁场B0中只有两种取向：与外磁场平行，能量较低，m=+1/2；与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2，如右图所示。两种取向间的能级差，可用ΔE来表示：; 如果将具有磁矩的核置于外磁场中，它在外磁场的作用下，核自旋产生的磁场与外磁场发生相互作用，则磁性原子核在外磁场中一面自旋，一面围绕着磁场方向发生回旋（称为拉摩尔进动），如下图所示。 ; 原子核在磁场中的回旋, 这种现象与一个自旋的陀螺与地球重力线做回旋的情况相似。 　　换句话说：由于磁场的作用，原子核一方面绕轴自旋，另一方面自旋轴又围绕着磁场方向进动。其进动频率，除与原子核本身特征有关外，还与外界的磁场强度有关。进动时的频率、自旋质点的角速度与外加磁场的关系可用Larmor方程表示： 　　　　 ω = 2 πv0 = γB0　　　　　　 式中： ω— 角速度； v0 — 进动频率（回旋频率）； γ— 旋磁比（特征性常数） ; 已知核从低能级自旋态向高能态跃迁时，需要一定能量。所以，与吸收光谱相似，为了产生共振，可以用具有一定能量的电磁波照射核。 当电磁波的能量符合下式时： ΔE = 2μB0=hv0 进动核便与辐射光子相互作用（共振），体系吸收能量，核由低能态跃迁至高能态。 ; 前面讨论的是单个自旋核在磁场中的行为，而实际测定中，观察到的是大量自旋核组成的体系。一组1H核在磁场作用下能级被一分为二，如果这些核平均分布在高低能态，也就是说，由低能态吸收能量跃迁到高能态和高能态释放出能量回到低能态的速度相等时，就不会有净吸收，也测不出核磁共振信号。但事实上，根据玻尔兹曼分配定律， 以1H核为例，可以计算出，在室温(T=300K)及B0=1.409T强度的磁场中，处于低能态的核仅比高能态的核稍多一些，约多10-5左右：; ;3.化学位移与核磁共振波谱; 由于化学位移?的大小用与氢核所处的化学环境密切相关，因此可用来判断H 的化学环境，从而推断有机化合物的分子结构。;3.2 化学位移表示方法;3.3化学位移的大小? ; 核与核之间以价电子为媒介相互耦合引起谱线分裂的现象称为自旋裂分。由于自旋裂分形成的多重峰中相邻两峰之间的距离被称为自旋——自旋耦合常数，用J表示。耦合常数用来表征两核之间耦合作用的大小，具有频率的因次，单位是赫兹。 ;05:45:24;自旋耦合：;补充概念：化学等价与磁等价; 分子中相同种类的核（或相同基团），不仅化学位移相同，而且还以相同的耦合常数与分子中其它的核相耦合，表现共同的耦合常数，这类核称为磁等价的核。;两核（或基团）磁等价的条件;对于一组的核，相邻碳原子上磁等价氢核对之耦合规律： 峰裂分数：n+1 规律；n为相邻碳原子上的质子数； ;2Ha; 各种类型的氢核因所处的化学环境不同，共振峰将分别位于磁场的某个特定区域，即有不同的化学位移值。因此由测得的共振峰化学位移值，可以帮助推断氢核的结构类型。目前，在大量实践基础上，对氢核结构类型与化学位移之间的关系已经积累了丰富的资料和数据。可作为解析共振谱图的参考。; 右图是用60MHz仪器测定的乙醚的核磁共振谱，横坐标用δ表示化学位移。左边为低磁场（简称低场），右边为高磁场（简称高场）。;从质子的共振谱图中，可以获得如下信息：;6.1 连续波NMR谱仪 基本组件： 磁体：产生强的静磁场。 射频源：用来激发核磁能级之间的跃迁。 探