第19章 核磁共振波谱分析.pdf

第十九章第十九章第十九章一、原子核的自旋
atomic nuclear spin
核磁共振波谱核磁共振波谱核磁共振波谱二、核磁共振现象
分析法分析法分析法 nuclear ic resonance
三、核磁共振条件
nuclear ic resonance
spectroscopy; NMR condition of nuclear
ic resonance
第一节第一节第一节四、核磁共振波谱仪
核磁共振基本原理核磁共振基本原理 nuclear ic resonance
核磁共振基本原理 spectrometer
principles of nuclear
ic resonance
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一、一、一、原子核的自旋原子核的自旋原子核的自旋
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋,产生核磁矩: r
ρ h μ
= II + )1(
自旋角动量: 2π
核磁矩: βμ IIg += )1(
μ= μ=
1 H 13 C
核磁子β=eh/2M c;自旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩,
质量数(a) 原子序数(Z) 自旋量子(I)例子
1 3 5 1
, , = 1HI ,, 13 19 ,, 15 NFC
奇数奇或偶 2 2 2 LL 2 1 6 9 7
3 5
= 11 35 ,,, = ,17 OIClBI
2 5 17 2 8
12 16 32
偶数偶数 0 6 8 ,, SOC 16
= 2 14 −,3,,,1 10 BINHI
偶数奇数 1, 2, 3…… 1 7 5
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讨论讨论讨论:::
(1) I=0 的原子核 16 O; 12 C; 22 S等,无自
旋,没有磁矩,不产生共振吸收
(2) I=1 或 I >0的原子核
I=1 :2H,14N
I=3/2: 11B,35Cl,79Br,81Br
I=5/2:17O,127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体,电荷分布
不均匀,共振吸收复杂,研究应用较少;
(3)I=1/2的原子核 1H,13C,19F,31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体,并象陀螺一样自
旋,有磁矩产生,是核磁共振研究的主要对象,C,H也是有
机化合物的主要组成元素。
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z z z
m=1/2 m=1 m=2
H0 m=1
m=0 m=0
m=-1
m=-2
m=-1/2 m=-1
I=1/2 I=1 I=2
1
H E =+ μΗ
m=1/2 2 0
E= E2 - E1 = 2μΗ0
H0 rP
E1=- μΗ0
m= -1/2
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二、二、二、核磁共振现象核磁共振现象核磁共振现象
nuclear ic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核
(氢核),可当作电荷均匀分
布的球体,绕自旋轴转动时,
产生磁场,类似一个小磁铁。
当置于外磁场H0中时,相对
于外磁场,有(2I+1)种取向:
氢核(I=1/2),两种取向
(两个能级):
(1)与外磁场平行,能量低,磁量
子数m=+1/2;
(2)与外磁场相反,能量高,磁量
子数m=-1/2;
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((( 核磁共振现象核磁共振现象核磁共振现象)))
两种取向不完全与外磁场平行,θ=54°24’和 125
°36’
相互作用, 产生进动(拉莫进
动)进动频率ν 0; 角速度ω0;
ω0 = 2πν0 = γ H0
γ磁旋比; H0外磁场强度;
两种进动取向不同的氢核之
间的能级差:
ΔE= μH0 (μ磁矩)
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三、核磁共振条件三、核磁共振条件三、核磁共振条件
condition of nuclear ic resonance
在外磁场中,原子核能级
产生裂分,由低能级向高能
级跃迁,需要吸收能量。
能级量子化。射频振荡
线圈产生电磁波。
对于氢核,能级差: ΔE= μH0 (μ磁矩)
产生共振需吸收的能量:ΔE= μ H0 = h ν0
由拉莫进动方程:ω0 = 2πν0 = γ H0 ;
共振条件: ν0 = γ H0 / (2π)
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共振条件共振条件共振条件
(1) 核有自旋(磁性核)
(2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值ν0 / H0 = γ/ (2π)
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