核磁共振谱-研究生幻灯片.ppt

聚合物分析方法
邓奎林
核磁共振波谱
核磁共振波谱学是近几十年发展的一门新学科。今天,核磁共振已成为化学、物理、生物、材料、医药等研究领域中必不可少的实验检测工具,是研究分子结构、构型、构象、分子动态研究等的重要方法之一。
1952年诺贝尔物理学奖:布洛赫(Felix Bloch ) & 珀赛尔(Edward Purcell)因发展了核磁精密测量的新方法及由此所导致的发现——核磁共振。
布洛赫(Felix Bloch )
珀赛尔(Edward Purcell)
NMR-Related Nobel Prize
1991年诺贝尔化学奖:(1933-) 瑞士物理化学家
他的主要成就在于他在发展高分辨核磁共振波谱学方面的杰出贡献。这些贡献包括:

一. 脉冲傅利叶变换核磁共振谱
二. 二维核磁共振谱
三. 核磁共振成像
2002诺贝尔化学奖:
瑞士科学家库尔特·. 维特里希“for his development of nuclear ic resonance spectroscopy for determining the three-dimensional structure of biological macromolecules in solution".
If one knows all the measurements of a house one can draw a three-dimensional picture of that house. In the same way, by measuring a vast number of short distances in a protein, it is possible to create a three-dimensional picture of that protein.
需要说明: = .h/2•I( I + 1)
1. I = ½的这类原子核是电荷在核表面均匀分布的旋转球体。核磁共振谱线较窄,最适宜于核磁共振检测,也是NMR研究的主要对象。如1H,13C;19F,31P,15N, 29Si等。
2. I  1/2的原子核是电荷在核表面非均匀分布的旋转椭球体,不适于作为核磁共振研究(2H1,6Li3, 14N7; 11B5,33S16,35C117)。
量子力学已证明,自旋量子数I与原子核的质量数(A)、核电荷数(Z)有关。I可为零、半整数、整数。
A为偶数、Z为偶数时,I=0。如12C6,16O8,32S16等
A为偶数、Z为奇数时,I为整数。如2H1,6Li3,14N7等I = 1;58Co27等 I = 2;10B5 等I= 3。
3. A为奇数、Z为奇数或偶数时,I为半整数。如1H1,13C6,15N7,19F9,31P15 29Si14 等I = 1/2;11B5,33S16,35C117,37C117,等I = 3/2;17O8,27Al13等I = 5/2。
一. 核磁共振(NMR)基本原理
核磁共振的研究对象-具有磁矩的原子核
NMR---磁矩---自旋量子数I---A/Z
核磁共振现象
依量子力学理论,磁性核(I  0)在外加磁场(B0)中的取向不是任意的,而是量子化的,共有(2I + 1)种取向,即共有种(2I + 1)能级。可由磁量子数m表示。
1H,13C;19F,31P,15N, 29Si 等 I = ½, m=+1/2,-1/2
相邻两能级间的能量差为:
 E = E(-1/2) - E(+1/2) = · B0 ·h/2。 E 与外加磁场B0的强度有关, E随B0场强的增大而增大。
若在与B0垂直的方向上加一个交变场B1(称射频场),其频率为。当= 0(与两能级间能量差 E相应的频率)时,自旋核会吸收射频的能量,由低能态跃迁到高能态(核自旋发生倒转),这种现象称为核磁共振吸收。
 E=  h,即: · B0 ·h/2=  h, 所以= B0/2
电子屏蔽效应
定义:在外磁场B0中,不同的氢核所感受到B0是不同的,因为氢核外围的电子在与外磁场垂直的平面上绕核旋转的同时产生一个与外磁场相对抗的感生磁场。感生磁场对外加磁场的屏蔽作用称为电子屏蔽效应。感生磁场的大小与外核场的强度有关,用·B0表示,称屏蔽常数。不同的氢核,其也不同。
= B0/2, B0 严格讲,应是原子核真正感受到的场强。
有关说明:
1. 屏蔽常数的大小与核外电子云的密度有关。氢核外电子云密度越大,就越大,·B0也就越大。在B0中产生的与B0相对抗的感生磁也就越强,该原子核实际感受到的B0