3核磁共振氢谱.ppt

第三章核磁共振氢谱
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、医药等研究领域中必不可少的实验工具,是研究分子结构、构型构象、分子动态等的重要方法。
核磁共振基本原理
原子核的磁矩
只有存在自旋运动的原子核具有磁矩.
原子核的自旋运动与自旋量子数I相关。I与原子核的质量数(A)、核电荷数(Z)有关。I为零、半整数、整数。
A为奇数、Z为奇数或偶数时,I为半整数。如1H1,13C6,15N7,19F9,31P15I = 1/2;11B5,33S16,35C117,37C117,81Br35I = 3/2;17O8,25Mg12,27Al13I = 5/2。
核磁共振
根据量子力学理论,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。可由磁量子数m表示。
1H,13C;19F,31P等
I = 1/2, m=+1/2,-1/2
由量子力学的选律可知, 只有m = 1的跃迁才是允许的跃迁。所以相邻两能级间的能量差为:
 E = E(-1/2) - E(+1/2) = ·h/2·B0
上式表明, 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1。当1 = 0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。
= B0/2
同一种核,为一常数,B0场强度增大,其共振频率也增大。对于1H,当B0=,=60MHz;当B0=,=100MHz(1 TG = 104高斯,1MHz=106赫兹)
B0相同,不同的自旋核因值不同,其共振频亦不同。如 B0 = ,1H(100MHz),19F (94 MHz),31P(),13C(25MHz)。
核磁共振仪
NMR波谱仪按磁体可以分为永久磁体、电磁体和超导磁体。按射频频率(1H核的共振频率)可分为60,80,90,100,200,300,400,...MHz等。按射频源又可分为连续波波谱仪(CW-NMR)和脉冲博里叶变换波谱仪(PFT-NMR)。
连续波波谱仪(Continual wave-NMR)
CW-NMR目前有60MHz、90 MHz等通用型谱仪;对化学工作者的例行测试带来极大的方便,其示意图见下图:
CW-NMR价廉、稳定、易操作,但灵敏度低,需要样品量大(10-50 mg)。只能测天然丰度高的核(如1H,19F,31P),对于13C这类天然丰度极低的核,无法测试。
脉冲Fourier变换波谱仪
PFT-NMR波谱仪在CW-NMR谱仪上增添两个附加单元,即脉冲程序器和数据采集及处理系统。PFT-NMR波谱仪使所有待测核同时激发(共振)、同时接收。均由计算机在很短的时间内完成。
接收器接收到的自由感应衰减信号(FID)是时域函数,记作F(t),通过Fourier变换运算,转换为频域函数F()。
PFT-NMR有很大的累加信号的能力。