高分子材料研究方法-核磁共振课件.ppt

第五章核磁共振谱;NMR与IR、UV均属于吸收光谱;用能量等于?E的电磁波照射磁场中的磁性核，则低能级上的某些核会被激发到高能级上去，同时高能级上的某些核会放出能量返回低能级，产生能级间的能量转移，此即核磁共振。;谱仪频率已从30MHz发展到900MHz。仪器工作方式从连续波谱仪发展到脉冲-傅里叶变换谱仪。随着多种脉冲序列的采用，所得谱图已从一维谱到二维谱、三维谱甚至更高维谱。;R.R.Ernst;2003年度诺贝尔生理学和医学奖获得者;3、中子数与质子数均为奇数，则I为整数，如2H、6Li、14N等I=1;核自旋角动量及磁矩的空间量子化;β=5.05X10-27J/T;产生核磁共振的首要条件是核自旋时要有磁矩产生,I≠0;;具有磁矩的原子核在静磁场中会按一定的方式排列。根据量子力学原理，在磁场中核的取向数目等于(2I+1)。

对于I=1/2的原子核，取向数为2。磁矩与磁场方向相同者，具有较低的能量E1，用+1/2表示。方向相反者，具有较高的能量E2，用-1/2表示。根据波尔兹曼定律，+1/2的核比-1/2的核数目稍多。;质子的自旋状态;m=-1/2,磁矩方向与B0相反;I=1/2的磁核能级与外磁场B0的关系;有些NMR现象用经典力学无法解释，但可以用严格的量子力学方法来推倒。;三、核磁共振;产生核磁共振的条件;随着核磁共振吸收过程的进行，低能态的核子数越来越少，高能态的核子数越来越多，经过一定时间后，高低能态的核子数相等，即N1=N2时，核磁共振吸收停止，不能再测出核磁共振信号，称作饱和。;第二节核磁共振仪;傅里叶变换核磁共振波谱仪方块示意图;BrukerAvance500MHz谱仪;二、测试原理;第三节1H核磁共振谱（氢谱）;屏蔽的存在，共振需更强的外磁场(相对于裸露的氢核);化学位移chemicalshift;在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。;二、偶合常数;三、谱图的表示方法;化学位移?的表示方法;核磁共振谱图的表示方法

(a)60MHz仪器(b)100MHz仪器;1H核磁共振谱提供的主要信息;聚合物中常见基团的化学位移;各种结构类型对耦合常数的影响;四、影响化学位移的因素;芳香族化合物的氢原子：δ6.5～8.5

烯烃的氢原子：δ4.5～7.0

醛类的氢原子：δ9～10;3、其它影响因素;溶剂效应

稀溶液；不能与溶质有强烈相互作用,在氢谱中必须用氘代试剂;五、谱图解析实例;从几种推测结构中判断未知物;第四节13C-NMR（碳谱）;双酚A型聚碳酸酯的核磁共振谱图

(a)1H-NMR谱图(b)13C-NMR谱图;自旋耦合;二、碳谱的解析;聚合物中常见基团13C-NMR的化学位移;第五节1HNMR在高分子结构研究中的应用;三种尼龙的氢谱（a）尼龙66（b）尼龙6（c）尼龙11;特征H的化学位移值;二、共聚物组成的测定（定量）;四、共聚物序列结构的研究;双键碳上H：1，4加成δ=5.08

3，4（1，2）δ=4.67（0.3%）

甲基上H：顺1，4δ=1.67

反1，4δ=1.60（1%）;M1M1;五、数均分子量的测定;第六节13C-NMR在高分子结构研究中的应用;无规PP的NMR谱;低密度聚乙烯的NMR谱;六、研究聚合物的构象转变;弛豫过程的能量交换不是通过粒子间的相互碰撞来完成的，而是通过在电磁场中发生共振完成能量的交换。弛豫机制主要有两种：;2、自旋-自旋弛豫（横向弛豫）：处于高能态的核将其能量传递给同种类的处于低能态的核，两者之间发生了能量交换。这种弛豫机制并没有增加低能态核的数目而是缩短了该核处于激发态或基态的时间，使横向弛豫时间T2缩短。其对观测的谱带宽度影响很大，可表示为：;共混相容理论基础：聚合物的共混相容时应该有一个共同的弛豫时间，若共混物不相容发生相分离则拥有各自的弛豫时间;八、研究聚合物的结晶;九、研究高分子链间相互作用;高分辨固体核磁共振在聚合物研究中的应用