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分析化学课件14941第四章核磁共振波谱(Nuclear ic Resonance Spetroscopy,NMR)
一、教学目的与要求
掌握核磁共振的概念及产生的条件;了解原子核的基本属性和磁性核在外磁场中的行为;理解驰豫的产生的原因及分类;理解化学位移的产生及意义;理解自旋-自旋耦合的产生和作用;了解核磁共振谱仪的分类;掌握核磁共振氢谱中影响化学位移的因素及影响规律;掌握耦合作用的一般规则;掌握核磁共振碳谱化学位移的影响因素及规律。
二、授课主要内容
第一节核磁共振波谱的基本原理
第二节核磁共振谱仪简介
第三节核磁共振氢谱
第四节核磁共振碳谱
三、学****重点及难点分析
重点:核磁共振的产生条件;化学位移和自旋-自旋耦合作用对核磁共振的影响规律;核磁共振氢谱和碳谱中影响化学位移的因素分析;耦合作用的规律。
难点:对核磁共振氢谱和碳谱的实际谱图进行分析。
核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率(兆赫数量级的射频)的电磁波作用时,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。
第一节核磁共振波谱的基本原理
一、核磁共振现象的产生
1、原子核的基本属性
1)原子核的质量和所带电荷——是原子核的最基本属性。
2)原子核的自旋和自旋角动量——量子力学中用自旋量子数I描述原子核的运动状态。
质量数
质子数
中子数
自旋量子数I
典型核
偶数
偶数
偶数
0
12C,16O,32S
偶数
奇数
奇数
n/2(n=2,4…)
2H,14N
奇数
偶数
奇数
奇数
偶数
n/2(n=1,3,5….)
13C,17O,1H,19F,15N,
11B,34Cl,79Br,81Br
各种核的自旋量子数
I=0,非自旋球体,无核磁共振现象;
I=1,2,3,3/2,5/2…..自旋椭球体;
I=1/2,自旋球体。
原子核自旋时产生的角动量P=
P在直角坐标系z轴上的分量Pz=
m:原子核的磁量子数。可取I,I-1,I-2….-I,共2I+1个不连续的值。
3)原子核的磁性和磁矩
核磁矩
g N称为g因子或朗德因子,是一个与核种类有关的因数;
mP为核的质量;
称作核磁子,是一个物理常数
核磁矩的方向与P方向重合,在z轴上的分量为
4)原子核的磁旋比
磁旋比
是原子核的基本属性之一,核的磁旋比越大,核的磁性越强。
2、磁性核在外磁场(B0)中的行为
1)原子核的进动
当磁核处于一个均匀的外磁场B0中,核因受到B0产生的磁场力作用围绕着外磁场方向作旋转运动,同时仍然保持本身的自旋。这种运动方式称为进动或拉摩进动。
进动圆频率:
进动线频率:
2)原子核的取向和能级分裂
磁核在外磁场中具有的能量:
(θ:μ与B0的夹角)
取向为m=1/2的核,磁矩方向与B0方向一致,其能量为:
取向为m=-1/2的核,磁矩方向与B0相反,其能量为:
I=1/2的磁核能级与外磁场B0的关系
m=1/2的核进动方向为逆时针,
m=-1/2的核进动方向为顺时针。
3、核磁共振产生的条件
当外界电磁波提供的能量正好等于相邻能级间的能量差时,核就能吸收电磁波的能量从较低能级跃迁到较高能级,被吸收的电磁波的频率为:
外磁场的存在是核磁共振产生的必要条件。
计算:B0=,1H的吸收频率?13C的吸收频率?
100MHz~——射频(无线电波)部分。