核磁共振波谱原理及应用 2014.ppt

核磁共振谱波谱原理及应用
实验室与设备管理处现代分析方法研究中心
秦海娟
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一、核磁共振波谱的意义
二、磁共振波谱的基本原理
三、核磁共振波谱仪器的基本组成
四、核磁共振波谱主要信息
五、核磁共振波谱实验
六、一维氢谱
七、核磁共振氢谱解析
八、核磁共振波谱的应用
目录
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第一节核磁共振波的意义
有机波谱中的四大谱:

紫外吸收光谱--分子中官能团
红外光谱--分子中化学键
核磁共振波谱--分子中的原子
质谱--分子量
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核磁共振或简称NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的光谱学方法。
核磁共振与紫外、红外吸收光谱一样都是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上的跃迁。紫外和红外吸收光谱是分子分别吸收波长为200~~25μm的辐射后,分别引起分子中电子的跃迁和原子振动能级的跃迁。而核磁共振波谱中是用波长很长(约106~109 μm,在射频区)、频率为兆赫数量级、能量很低的电磁波照射分子,这时不会引起分子的振动或转动能级的跃迁,更不会引起电子能级的跃迁。但这种电磁波能与处在强磁场中的磁性原子核相互作用,引起磁性的原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁,从而产生吸收信号。这种原子核对射频电磁波辐射的吸收就称为核磁共振波谱。
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H
C
H
H
m
mm (10-6m)
nm (10-9m)
A (10-10m)
核磁共振研究的材料称为样品。样品可以处于液态,固态。众所周知,宏观物质是由大量的微观原子或由大量原子构成的分子组成,原子又是由质子与中子构成的原子核及核外电子组成。核磁共振研究的对象是原子核。
一滴水大约由1022分子组成。
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第二节核磁共振波的基本原理
原子核是微观粒子,它的许多特性是量子化的,不能用经典概念来解释。
凡是质量数和原子序数之一是奇数的核,I 均不为零,亦即有自旋现象;
只有质量数和原子序数均为偶数的核的 I 才为零,亦即没有自旋现象,不会产生核磁共振吸收,这类核在核磁共振研究上是没有意义的。
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吸收(或发射)光谱,检测分子中某种原子核对射频的吸收。
只有自旋量子数(I)不为零的核才有NMR信号
质量数和原子序数都为偶数 I = 0 (12C, 16O)
质量数为偶数,原子序数为奇数 I = 整数(14N, 2H, 10B)
质量数为奇数 I = 半整数(1H, 13C, 15N, 31P)
I =1 或I >1的原子核,这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体,电荷分布不均匀,共振吸收复杂,研究应用较少;
I =1/2的原子核,原子核可看作核电荷均匀分布的球体,并象陀螺一样自旋,有磁矩产生,是核磁共振研究的主要对象,C,H也是有机化合物的主要组成元素(1H,13C,15N,19F,31P)
原子核的自旋态是量子化的:
m = I, (I - 1), (I - 2), …, -I
m 为磁量子数.
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对于 1H, 13C, 15N, 31P (生物相关的核):
m = 1/2, -1/2
这表明这些核只有两种状态(能级).
原子核另一个重要的参数是磁矩(m):
m = g I h / 2p
磁矩是一个矢量,它给出了“原子核磁体”的方向和大小(强度)
h 为普朗克常数
g 为旋磁比, 不同的原子核具有不同的旋磁比,是磁性核的一个特征常数
不同的原子核具有不同的磁矩
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在基态下核自旋是无序的, 彼此之间没有能量差。它们