核磁共振波谱原理.ppt

关于核磁共振波谱原理第1页，课件共31页，创作于2023年2月概述核磁共振波谱是指位于外磁场中的原子核吸收电磁波后从一个自旋能级跃迁到另一个自旋能级而产生的吸收波谱。检测电磁波被吸收的情况就可得到核磁共振波谱。根据波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。第2页，课件共31页，创作于2023年2月发展历史1946年斯坦福大学Bloch和哈佛大学Purcell两个研究组独立观察到核磁共振信号。为此，两人荣获1952年诺贝尔物理奖。1950年前后先后发现化学位移及自旋－自旋耦合现象。开拓了核磁共振在化学领域的应用。二十世纪六十年代出现脉冲傅里叶变换核磁共振方法和谱仪，引起了该领域革命性进步。第3页，课件共31页，创作于2023年2月4.1基本原理4.2核磁共振氢谱（1HNMR）4.3核磁共振碳谱（13CNMR）第4页，课件共31页，创作于2023年2月4.1基本原理4.1.1NMR现象的产生1.原子核的自旋角动量和磁矩核的自旋和自旋角动量自旋量子数I:描述核的自旋运动,与核的质量数和质子数有关。一个核的自旋量子数I是固定的，如：13C、1H、19F，I=1/2；12C、16O、32S，I=0；2H、14N，I为整数。凡I≠0的核都有核磁共振现象，其中以I=1/2的核研究得最多，如：1H、13C、19F等核，其NMR研究最多。第5页，课件共31页，创作于2023年2月原子核自旋角动量方向：垂直于自旋方向大小：原子核的磁性和核磁距原子核的磁性用核磁矩μ来描述。μ的方向与P相同，也是空间方向量子化的。γ越大，核磁共振中越容易检测到。1H的γ=26.752×107T-1·S-113C的γ=6.728×107T-1·S-1γ:磁旋比核的基本属性之一第6页，课件共31页，创作于2023年2月磁量子数m=I,I-1,…,-I,可取2I+1个不同数值。2.磁性核在外磁场（H0）中的行为原子核在外磁场中的自旋取向和能级裂分核在外磁场中的取向是空间方向量子化的。相对于外磁场方向，可以有（2I+1）种取向。第7页，课件共31页，创作于2023年2月磁矩μ与H0之间的相互作用能为：E=-μH0cosθ原子核的不同取向就代表了不同的能级I=1/2的核，(1)μ与H0一致，E为负，能量低，m=+1/2，核处于低能级；(2)μ与H0相反，E为正，能量高，m=-1/2，核处于高能级；，第8页，课件共31页，创作于2023年2月磁核的进动核的进动m=1/2的核进动方向为逆时针，m=-1/2的进动方向为顺时针。进动频率：第9页，课件共31页，创作于2023年2月3.核磁共振产生的条件第10页，课件共31页，创作于2023年2月共振条件(1)核有自旋(磁性核)，即I≠0；(2)外磁场H0;(3)照射频率与外磁场的关系满足：第11页，课件共31页，创作于2023年2月由共振条件：(1)对于同一种核，γ为定值，H0变，射频频率?变。对于氢核（1H）：磁场强度为：1.409T时，共振频率为60MHz；?磁场强度为：2.305T时，共振频率100MHz。(2)不同原子核，核磁矩不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度H0和射频频率?不同。如：H0=2.35T,1H100MHz,13C25MHz常见：氢谱（1HNMR）、碳谱（13CNMR）第12页，课件共31页，创作于2023年2月4.1.2化学位移实际情况并非如此!!!例如：乙醇的氢谱中有三个共振吸收峰。根据核磁共振基本原理，核磁共振只能区分不同元素的核。如，H0＝1.4092T时，1H的共振频率为60MHz13C的共振频率为15.1MHz第13页，课件共31页，创作于2023年2月乙醇的核磁共振氢谱化学位移：由于化学环境的差异而引起的同类磁核在核磁共振中出现不同共振信号的现象。第14页，课件共31页，创作于2023年2月1.化学位移的产生核实际受到的磁场强度H0’电子云对核的屏蔽作用核外有电子云：裸露的核：H0’=H0－?H0