17核磁共振波谱分析法(4)资料.ppt

2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页核磁共振波谱分析法 Nuclear ic Resonance Spectroscopy; NMR 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页第一节核磁共振基本原理第二节核磁共振与化学位移第三节自旋偶合与自旋裂分第四节谱图解析与结构确定第五节 13C核磁共振波谱 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页第一节核磁共振基本原理一、原子核的自旋 atomic nuclear spin 依据量子力学基本原理若原子核存在自旋, 则产生核磁矩: 核磁子?= eh / 2M c ;自旋量子数(I) I 不为零的核都具有磁矩)1(??IIg?? 79270 .2 1? H? 70216 .0 13? C? 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页?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; ?I =1 或 I >0 的原子核,有磁矩,能产生共振吸收; I =1 : 2H, 14N I =3/2 : 11B, 35 Cl, 79 Br , 81 Br I =5/2 : 17O, 127 I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; ?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。 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页二、核磁共振现象自旋量子数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H 0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; 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页按照经典电磁学理论,这两种取向不完全与外磁场平行,而是存在一定的夹角( ?= 54 ° 24 ’和 125 ° 36 ’) 相互作用, 产生进动(拉莫尔进动)。进动频率? 0;角速度? 0; ? 0 = 2 ?? 0 = ? H 0?磁旋比; H 0外磁场强度; 两种进动取向不同的氢核之间的能级差: ?E= ?H 0 (?磁矩) 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页三、核磁共振条件量子力学基本原理: ?能级量子化?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?对于氢核,能级差: ?E = ?H 0(?磁矩) ?产生共振需吸收的能量: ?E = ? H 0 = h? 0 ?由拉莫尔进动方程: ? 0 = 2 ?? 0 = ? H 0 ?共振条件: ? 0 = ?H 0 / (2 ?) ?射频振荡线圈产生电磁波 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页共振条件(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? 0 / H 0 = ? / (2 ? ) 2017-1-19 Instrumental Analysis 材料科学与化学工程学院上一页下一页不同能级上分布的核数目可由 Boltzmann 定律计算得到通常条件下, 氢核两能级上核数目差: ? 10 -5,N 1~N 2 弛豫( relaxtion )——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。饱和(saturated) ——低能态的核等于高能态的核。产生好的吸收, 则需要处于低高能级的核数目N 1? N 2 低能级核数目仅仅略占优势;高能态核稳定性差,易于回落到低能态吸收速率与回落速率相比——前者大则低能态很快全部转变为高能态而使吸收达到饱和;后者大则可持续吸收产生好的信号加以利用