分析化学PPT之核磁共振波谱法.ppt

由质子共振图谱可得到下列信息：1、吸收峰的组数，说明分子中化学环境不同的质子有几组；2、质子吸收峰出现的频率，即化学位移值，说明分子中的基 团情况；3、峰的分裂个数及偶合常数，说明基团间的连接关系；4、阶梯式积分曲线的高度，说明各基团的质子比。 §15－4 自旋偶合与自旋裂分 一、自旋偶合与自旋裂分 图中，乙醚的核磁共振波谱图的共振信号发生了裂分，这是由于相邻碳原子的质子之间相互作用分引起的，这种作用称为自旋－自旋偶合，简称自旋偶合，由自旋偶合引起谱线增多的现象称为自旋－自旋裂分，简称自旋裂分。 每一个质子都可视作一个自旋的小磁体，在外加磁场中，由它自旋而产生的小磁场，只有两种可能性，与外磁场方向一致或相反(这两种可能性出现的几率基本上是相等的)，净结果肯定是使质子核所受磁场强度发生变化。 1、自旋偶合的产生 以碘乙烷为例： 存在两组质子，即Hd,Hc， Hd（三个质子化学环境相同）除了受外界磁场作用以外，还受到相邻碳原子上Hc的影响，两个Hc相当于存在两个小磁场，对Hd所受磁场强度必然产生影响。 Hc Hd 因此， Hd 裂分为3个峰，强度比为 1:2:1Hc同样也受Hd的影响， Hc裂分为4个峰，强度比为 1:3:3:1 裂分后多重峰的个数：符合 (n+1)规律， n表示相邻碳原子上氢原子的个数。相邻碳原子上氢原子的个数为1，则裂分为二重峰，3个氢，则裂分为4重峰。裂分后各组多重峰的强度比：符合(a+b)n展开后各项的系数比，二重峰1:1；三重峰1:2:1；四重峰1:3:3:1等。 裂分后各个多重峰之间的距离，用偶合常数J表示： 两峰之间的距离称为偶合常数J（单位Hz），偶合常数的大小反映了相邻质子间作用力的大小，与外部磁场强度无关。一般在1－20Hz之间。化学位移值Δv也用频率表示，但与偶合常数J不同，偶合常数J不随外加磁场强度的变化而改变。若核磁共振图谱中的两峰之间的Δv值随Bo改变而改变，则可判定它们是由两个化学位移不同的核给出的信号；若不随Bo改变，则是由自旋－自旋偶合裂分造成的。 一组多重峰的中点，就是该质子的化学位移植。 * * 第十五章 核磁共振波谱法(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR) 将有磁矩的原子核放入磁场后，用适宜频率的电磁波照射，就会吸收能量，发生原子核能级的跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振谱，这种方法称为核磁共振波谱法。 核磁共振波谱法也属于吸收光谱法，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。 方法特点：核磁共振波谱法是各种有机和无机成分结构分析的最强有力的工具之一；分析时样品不会受到破坏，属无损分析，在化学、生物、医学等研究领域应用广泛。但仪器价格昂贵。 在磁场中，原子核分裂出的磁能级之间的能量差很小, 若要在这样的磁能级之间产生跃迁，其所需的电磁辐射能量极小，只要处于109－1010nm间的射频辐射已足够了。 射频区 §15－1 核磁共振基本原理 原子核是质子与中子的组合体，是带正电荷的粒子，本身有自旋现象，并且在沿着自旋轴方向上存在一个核磁矩μ和角动量P，两者均为矢量，方向相同，它们的关系为 ： 式中自旋量子数I可以为0,1/2,1,3/2，…等值，h为普朗克常数。 ?为磁旋比，不同的核具有不同的磁旋比，代表核的特性。 核的自旋角动量P的值是量子化的，可用自旋量子数I表征： 一、 原子核的磁性质和能级的能量 1、原子核的自旋 显然，当I=0时, P=0，即原子核没有自旋现象，只有当I0时，原子核才有自旋角动量和自旋现象。自旋量子数与原子的质量数和原子序数有关： 可见， I=0的原子核： 因其原子核电荷分布不均匀，产生的共振信号复杂，应用很少。 只有I=1/2的原子核，因核电荷呈球体均匀分布，自旋时有磁矩产生，可产生共振信号，包括 没有自旋现象，没有磁矩，也就不产生共振信号； I?1的原子核： 核的磁性质 2、自旋核在磁场中的行为 当自旋核置于外加磁场B0中，则沿着磁场方向的角动量分量为： m为磁量子数。核的自旋轴在空间是不能连续地任意指向的，是量子化的，它只能有2I＋1个取向。 I为自旋量子数。 每种取向代表一种磁能级，用m表示，其值为：I、I－1、I－2、…、－I。 因此 的氢核在外加磁场（BO）中，只能是两种取向： 平行于外磁场方向，能量较低 与外磁场