核磁共振光谱在结构分析中的应用.doc

肄莄袄羂羇芁海南大学硕士研究生2010—2011学年度第2学期螇膄莅课程考试论文蝿荿螀学院(中心、所):材料与化工专业:材料学芇袅薈研究方向高分子材料班级10级材料学螁蒇芆学生姓名周宇学生证号210008蚆莁莆课程名称:聚合物结构分析袂袀肃论文题目:核磁共振光谱在结构分析中的应用肅膁芁任课老师:廖双泉教授蚀羈羆(以上由学生填写)蒅袂膃教师评阅:蚁肆膁羄薂蚁螂葿螇莃莂芅阅卷教师(签名):年月日薀薇薃肇肃肀薁羀蒇蒆袃芆核磁共振光谱在结构分析中的应用莈肈蚂袆薄蕿1核磁共振的机理蒀膆芇核磁共振是材料分子结构表征中最有用的一种仪器测试方法之一。用一定频率的电磁波对样品进行照射,可使特定化学结构环境中的原子核实现共振跃迁,在照射扫描中记录发生共振时的信号位置和强度,就得到核磁共振谱。,而质子和中子又组成原子核。原子核具有质量并带有电荷。某些原子核能绕轴做自旋运动,各自有它的自旋量子数Ⅰ,自旋量子数有0、1/2、1、3/2…等值。Ⅰ=0意味着原子核没有自旋。每个质子和中子都有其自身的自旋,自旋量子数Ⅰ是这些自旋的合量,即与原子核的质量数和原子序数有关,若原子核的原子序数和质量数均为偶数时,Ⅰ为零,原子核无自旋,如12C、16O原子,他们没有NMR 信号。若原子序数为奇数或偶数、质量数为奇数时,Ⅰ为半整数,原子序数为奇数、质量数为偶数时,Ⅰ为整数,如表1-1所示。螄肄罿表1-1原子核的自旋量子数艿蚇羈原子序数膄袅膅质量数莀聿膂Ⅰ袇芁莈实例蒁膈蚈偶芇肁芆偶艿芆芁0螆螂肂12C16O8芀虿葿偶、***蒄***原子核在围绕核轴做自旋运动时,由于原子核自身带有电荷,因此沿核轴方向产生一个磁场,而使核具有磁矩μ,μ的大小与自旋角动量(P)有关,它们之间关系的的数学表达式为:聿蚈膄μ=νp薆芄莀式中,ν为磁旋比,是核的特征常数。膀袇蒆依据量子力学原理,自旋角动量是量子化的,其状态是由核的自旋量子数Ⅰ所决定,P的绝对值为羆羅羄P=h/2p[Ⅰ(Ⅰ+1)]1/2膂腿节其中h为普朗克常量。,自选的磁矩可以任意取向,但是当把自旋的原子核放入外加磁场(Ho)中,除自旋外,原子核还将绕Ho运动,由于磁矩与磁场的相互作用,核磁矩的取向是量子化的。核磁矩的取向数可用磁量子数m来表示,m=I、I-1、I-2、…、-(I-1)、-I,共有2I+1个能级。每个能级的能量袄膁羅E=-μHHo肀蒆莁HO为外加磁场强度,μH为磁矩在外磁场方向的分量,μH=gmh/2p,所以芄羂芈E=-gmh/2pHo肂螈袆由于自旋核在外磁场中有(2I+1)个能级,这说明自旋原子核在外加磁场中的能量是量子化的,不同能级之间的能量差为△E。根据量子力学选率,只有△m=±1的跃迁才是允许的,则相邻能级之间跃迁的能极差为羇蚂肇△E=g△mh/-1所示,在外加磁场Ho中,自旋核绕自旋轴旋转,而自旋轴与磁场Ho又以特定夹角绕Ho旋转,类似一陀螺在重力场中运动,这样的运动称为拉莫尔进动。进动频率(又称拉莫尔频率)由下式算出袆膃袄Wo=2pn0=gH0羂莇袁而自旋角动量是量子化的,其在磁场方向的分量Pz和磁量子数(m)关系为Pz=mh/2p,因为m共有2I+1个值,与此相应,Pz也有2I+1个值,与此相对应自旋核在z轴上的磁矩:芅羃莁μz=gPz=gmh/2p蝿螀莇则μ与Ho相互作用能量蚅蚄袅E=-μzHo袁袈芄将格式代入其中得:肄莄螁E=-gmh/2pμ羂羇膈因m是量子化的,所以E值也是量子化的。这说明自旋样在磁场中的能量同样是量子化的。螇膄蚃蝿荿莂根据上式可知,在外加磁场中,自旋的原子核具有不同的能级,如用一定频率n的电磁波照射样品,并使n=n0,即hn=△E=gh/2pHo时,原子核即可进行能级之间的跃迁,产生核磁共振吸收,得到核磁共振波谱。而膀袈膀n=△E/h=gHo/2p蚅蒁袈此即是产生核磁共振的条件。