核磁共振波谱.ppt

关于核磁共振波谱第1页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*

1946年，E.M.Purcell和F.Block分别发现了水和石蜡中氢核的核磁共振现象。化合物中原子产生的核磁共振信号与其分子结构密切相关。核磁共振谱图——相关原子在分子中所处化学环境——确定化合物的分子结构。第2页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*9.1核磁共振基本原理

principlesofnuclearmagneticresonance

9.1.1原子核的自旋和磁矩

大多数原子核存在自旋运动，会产生核磁矩μ和自旋角动量P：自旋量子数（I）可以为0、整数、半整数。I＝0的核，p＝0，无自旋运动。I不为零的核都具有核磁矩和自旋角动量。第3页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*第4页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*

Ｉ＝1/2的原子核：1H，13C，19F，31P…….等。这类原子核可看作核电荷均匀分布于球面的旋转球体，有自旋磁矩产生，NMR谱线较窄，适宜于NMR测量，是核磁共振研究的主要对象。第5页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*

Ｉ≠0的核有自旋运动，其核磁矩μ与自旋角动量P的关系为：μ＝γPγ为磁旋比，是核的特征常数，其单位为:T-1.s-11H核的γ＝2.68×108T-1.s-113C核的γ＝6.73×107T-1.s-1第6页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*9.1.2核在外磁场中的自旋取向Ｉ≠0的核叫磁性核。磁性核在外磁场中会发生自旋能级的裂分，产生不同的自旋取向。共有2Ｉ＋1种量子化的自旋取向。每一种取向都代表了原子核的某一特定的自旋能量状态，可用磁量子数m来表示之。磁量子数m的取值为：m＝Ｉ，Ｉ－1，Ｉ－2，….－Ｉ。第7页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*

核自旋角动量在Z轴上的投影PZ为：PZ＝mh/2π核磁矩在Z轴上的投影μZ为：μZ＝γPZ＝γmh/2π在外磁场B0中，核磁矩与B0相互作用，使核磁矩具有一定的能量：E＝－μZB0对于Ｉ＝1/2核：m＝＋1/2时，E（＋1/2）＝－μZB0＝－γmh/2π＝－γhB0/4πm＝－1/2时，E（－1/2）＝－μZB0＝－γmh/2π＝γhB0/4π此二能级的能量差⊿E＝E（－1/2）－E（＋1/2）＝2μZB0＝γhB0/2π第8页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*

⊿E＝2μB0=γhB0/2π表明，在外磁场B0中，核自旋能级裂分后的能级差随着B0强度的增大而增大，如下图所示。第9页，讲稿共41页，2023年5月2日，星期三*

9.1.3核磁共振在与外磁场B0垂直的方向上施加一个频率为v的交变射频场B1，当v与核的回旋v0相等时，自旋核能够吸收射频场的能量，由低能级的自旋状态跃迁至高能级的自旋状态，这种现象叫核磁共振。此时，射频v所具有的能量hv正好核在B0中产生的核自旋能级差相等。即：hv＝⊿E＝γhB0/2π＝hv0即有：射频频率v＝v0＝γB0/2π第10页，讲稿共41页，2023年