核磁共振谱幻灯片.ppt

核磁共振波谱是指位于外磁场中的原子核吸收电磁波后从一个自旋能级跃迁到另一个自旋能级而产生的吸收波谱。
检测电磁波被吸收的情况就可得到核磁共振波谱。根据波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。
第八章核磁共振波谱
( Nuclear ic Resonance Spectroscopy,NMR)
发展历史
1946年斯坦福大学Bloch和哈佛大学Purcell两个研究组独立观察到核磁共振信号。为此,两人荣获1952年诺贝尔物理奖。
1950年前后先后发现化学位移及自旋-自旋耦合现象。开拓了核磁共振在化学领域的应用。
二十世纪六十年代出现脉冲傅里叶变换核磁共振方法和谱仪,引起了该领域革命性进步。
基本原理
NMR现象的产生
1. 原子核的自旋角动量和磁矩
核的自旋和自旋角动量
核的自旋运动用自旋量子数I来描述,I与核的质量数和所带电荷数(即质子数)有关。
一个核的自旋量子数I是固定的,如:13C、1H、19F,I=1/2;
凡I≠0的核都有核磁共振现象,其中以I=1/2的核研究得最多,如:1H、13C、19F等核,其NMR研究最多。
磁量子数m=I,I-1,…,-I,可取2I+1个不同数值。
2. 磁性核在外磁场(B0)中的行为
原子核在外磁场中的自旋取向和能级裂分
核在外磁场中的取向是空间方向量子化的。相对于外磁场方向,可以有(2I + 1 )种取向。
磁矩μ与H0之间的相互作用能为:
E = -μH0cosθ
θ为磁矩μ与外磁场H0之间的夹角
原子核的不同取向就代表了不同的能级
I = 1/2的核,
(1) μ与H0一致,E为负,能量低, m=+1/2,核处于低能级;
(2) μ与H0相反,E为正,能量高, m=-1/2,核处于高能级;
,
3. 核磁共振产生的条件
共振条件
(1) 核有自旋(磁性核),即I≠0; (2) 外磁场(3) 照射频率与外磁场的关系满足:
由共振条件:
(1) 对于同一种核,γ为定值,H0变,射频频率变。
对于氢核(1H):
磁场强度为: T 时,共振频率为 60 MHz ;
  磁场强度为: T 时,共振频率 100 MHz。
(2) 不同原子核,核磁矩不同,产生共振的条件不同,需要的磁场强度H0和射频频率不同。
如:H0 = , 1H 100MHz, 13C 25 MHz
常见:氢谱(1H NMR)、碳谱(13C NMR)
化学位移
实际情况并非如此!!!
例如:乙醇的氢谱中有三个共振吸收峰。
根据核磁共振基本原理,核磁共振只能区分不同元素的核。
如,H0=,
1H 的共振频率为60 MHz
13C MHz