脉冲核磁共振实验讲义.ppt

关于脉冲核磁共振实验讲义第1页，共24页，星期日，2025年，2月5日一、基本原理原子核为带正电粒子原子核的自旋产生小磁场以核磁矩μ表征类似电流线圈产生磁场右手定则第2页，共24页，星期日，2025年，2月5日1．原子核的自旋原子核自旋情况，自旋量子数表征I=O （12C,16O，32S,28Si）--无自旋，无NMRI=1/2（1H，19F，31P，13C）--自旋情况简单，NMR主要研究对象I=1（2H，14N）-I=3/2（11B，35Cl，79Br,81Br）凡I≥1，I=1，2，3，……,3/2,5/2,…自旋情况复杂，目前NMR研究较少第3页，共24页，星期日，2025年，2月5日2.原子核能级的分裂及其描述原子核之量子力学模型带电原子核自旋自旋磁场磁矩?(沿自旋轴方向)磁矩?的大小与磁场方向的角动量P有关：（?为磁旋比）每种核有其固定?值（H核为2.68×108T-1s-1)。其中，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。第4页，共24页，星期日，2025年，2月5日此即Bloch方程3.原子核在均匀磁场中的能量……量子化的能级：第5页，共24页，星期日，2025年，2月5日4.原子核在均匀磁场中的运动－－拉莫尔进动第6页，共24页，星期日，2025年，2月5日以I=1/2的原子核为例自旋取向有2I+1=2×1/2+1=2种，即有两个能级=能级分裂 第7页，共24页，星期日，2025年，2月5日m=-1/2m=+1/2磁量子数（B0=0）（B0≠0）B0μμ顺磁抗磁能级分裂第8页，共24页，星期日，2025年，2月5日5.核磁共振现象和核磁共振条件外界射频能量外界射频频率进动频率总结：核——原子核自旋I≠0磁——外加磁场B0诱导产生自旋能级分裂共振——?外界=?0进动共振吸收能级跃迁第9页，共24页，星期日，2025年，2月5日6．能级分布与弛豫过程——Boltzman公式计算结果：B0=1.409T氢原子核25℃N高/N低=1000000/1000016(通常UU-Vis中为1/100)原因：能级差太小，热运动可产生跃迁——饱和：强射频照射，低能态原子核数减少，净吸收减少至0，无吸收峰——弛豫：原子核激发态??非辐射跃迁??基态保证连续的核磁共振吸收信号必要条件第10页，共24页，星期日，2025年，2月5日二、发展历史1924年，泡利（Pauli)预见原子核具有自旋和核磁距1946年，斯坦福大学布洛赫（Bloch）哈佛大学珀塞尔（Purcell）分别同时独立地观察到核磁共振现象1952年，分享1952年诺贝尔物理奖1953年，第一台商品化核磁共振波谱仪问世1965年，恩斯特（Ernst)发展出傅里叶变换核磁共振和二维核磁共振1991年，被授予诺贝尔化学奖2002年，NMR领域再一次获诺贝尔化学奖核磁共振已成为最重要的仪器分析手段之一第11页，共24页，星期日，2025年，2月5日三、核磁共振波谱仪两类：连续波NMR波谱仪脉冲傅立叶变换NMR波谱仪连续NMR波谱仪第12页，共24页，星期日，2025年，2月5日组成：磁铁，射线源，样品管，射频接受器，显示记录磁铁：最重要部件，关系到仪器的灵敏度和分辨率——永久磁铁——电磁铁2.4T30,60,100MHz——超导磁铁10-17.5T400-750MHz?射频源：类似光源作用采用石英晶体振荡器——发射电磁波?射频接受器：类似检测器的作用检测试样对电磁波的吸收第13页，共24页，星期日，2025年，2月5日?工作方式扫频：B0不变，?变化——类似吸收光谱法扫场：?不变，B0变化——实际常用，方便，