第三章核磁.ppt

第 3 章核磁共振
核磁共振基本原理
核磁共振氢谱( 1H-NMR)
核磁共振碳谱( 13C-NMR)
核磁共振
Nuclear ic Resonance Spectroscopy( NMR )
按观察的核不同,有1H、13C 、31P、19F-NMR
按独立频率变量个数可分为一维谱、二维谱、三维谱
核磁共振分析能够提供三种结构信
息:
化学位移δ、
偶合常数J、
各种核的信号强度比。
第 3 章核磁共振
Bo
第 3 章核磁共振
NMR的基本原理
原子核的自旋
θ
原子核有自旋现象,自旋时将产生磁矩μ。
I = 0,没有核磁矩,μ=0。如12C、16O、32S等。不能用NMR测出。
I ≠ 0,有核磁矩,μ≠ 0
I = 1/2,核是电荷均匀分布的旋转球体。
是NMR测试的主要对象,如1H、13C、19F、29Si、31P。
I≥1,绕主轴旋转的椭球体。电荷分布不均匀,有电四极矩存在,
如27Al、17O等。 NMR信号复杂。
质量数
原子序数
自旋量子数
自旋形状
信号
NMR
原子核
偶
偶
0
非自旋球体
无
12 16
C, O,
28 32
Si , S
奇
奇或偶
1/2
自旋球体
有
1 13
H、 C、
19 29 31
F、 Si、 P
奇
奇或偶
3/2、5/2、L
自旋椭球体
有
11 17
B, O,
33 35
S, Cl,
偶
奇
1、2、3LL
自旋椭球体
有
2 10 14
H, B, N
核的自旋与核磁共振
、
NMR的基本原理
第 3 章核磁共振
自旋取向: 2I+1
自旋量子数为I 的核,每个自旋取向用磁量子数m表示
m=I, I-1, I-2, 0LL -I
I = 1的 H 核为例,则其共有2I+1=2×1+1=3个自旋取向,
即m = 1, 0, -l。
NMR的基本原理
第 3 章核磁共振
P=
I (I + 1)
h
2π
= h
I (I + 1)
h为普朗克常数;h=h/2π,h为角动量的单位。
自旋不为零的原子核都有磁矩,其数值用µ表示: µ=γP
γ叫旋磁比,它是核磁矩与自旋角动量之比γ=µ/P。
第 3 章核磁共振
NMR的基本原理
自旋产生的角动量P不是任意数值,是由自旋量子数
决定的,根据量子力学理论,原子核的总角动量P的值
为:
υ1= B0
γ
2π
式中:γ-旋磁比,B0-外加磁场
在磁场中1H有二个能级,若在B0的垂直方向用电磁波照射,
核可以吸收能量从低能级跃迁到高能级。
吸收的电磁波的能量等于∆E,频率为υ2:
γ
hυ2= ∆E = γh B0 = h B0
2π
Bo
拉莫尔(Larmor)进动:
磁场中核磁矩方向与外加磁场成一定的角度θ,核
一方面自旋,自旋的核受到一个外力矩的作用,使
氢核在自旋的同时还绕顺磁场方向的一个假想轴回
旋进动。
θ
回旋频率υ1与外加磁场成正比:
γ
2π
υ= B0
同一种核,γ为一常数;磁场B0强度增大,共振频率υ也增大
不同的核γ不同,共振频率也不同。
如 B0=(1TG=104高斯)时,
1H共振频率为100MH
Z,
13C为25
MHZ,

MHZ。所以测定一种核时其他核无信号.
也就是说在外加磁场中,当υ1=υ2时,核会吸收射频的能量,
由低能级跃迁到高能级,这种现象叫核磁共振。
磁共振的基本关系式为:
吸收的电磁波的频率为:υ2= B0
γ
2π