核磁共振氢谱课件.ppt

第三章 核磁共振氢谱
核磁共振基本原理
核磁共振仪与实验方法
1H的化学位移
各类质子的化学位移
自旋偶合和自旋分裂
自选系统及图谱分类
核磁共振氢谱的解析
1
整理ppt
NMR简介
NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。
在强磁场中，原子核发生自旋能级分裂(能级极小：，磁能级差约为2510-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm, 4-900MHz)时，将发生核自旋能级的跃迁----产生所谓NMR现象。
与UV-Vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核自旋能级对射频辐射的吸收。
测定有机化合物的结构，1H NMR─氢原子的位置、环境以及官能团和C骨架上的H原子相对数目）
核磁共振氢谱发展史
2
整理ppt
发展历史
1924年：Pauli 预言了NMR的基本理论，即：有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂；
1946年：Harvard 大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖；
1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨NMR仪器；
1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。
1970年：Fourier(pilsed)-NMR 开始市场化(早期多使用的是连续波NMR 仪器)。
3
整理ppt
核磁共振基本原理
原子核的自旋
原子核是由质子和中子组成的带正电荷的粒子，存在自旋，其自旋运动将产生磁矩（ μ ）。 核的自旋角动量(ρ)是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子数(I)来描述。
自旋量子数: I＝0、1/2、1…
I = 0， ρ=0， 无自旋，不能产生自旋角动量，不会产生共振信号。
∴ 只有当I ＞ O时，才能发生共振吸收，产生共振信号。
μ= γ*ρ，γ：磁旋比
4
整理ppt
I 的取值可用下面关系判断：
质量数（A） 原子序数（Z） 自旋量子数（I）
奇 数 奇数或偶数 半整数 n + 1/2。n = 0,1,2,…
奇 数 整 数
偶 数
偶 数 0
I=1/2原子核
的自旋形状
I=1、3/2、2…原子核
的自旋形状
5
整理ppt
13C，15N，19F，31P; 11B, 33S, 35Cl，79Br，81Br，39K，63Cu，
5Cu，17O，25Mg，27Al，55Mn，67Zn（P98表3-1）
自旋量子数为1/2的核的核磁共振信号相对简单已广泛用于化合物的结构测定，然而，核磁共振信号的强弱与被测磁性核的天然丰度和旋磁比的立方成正比，有些核因为天然丰度太小，核磁共振信号很弱。
6
整理ppt
自旋核在外加磁场中的取向和能级及共振
具有磁矩（μ）的核在外磁场中的自旋取向是量子化的，可用m表示核自旋的不同的空间取向，m=I，I-1，I-2，…，-I。
空间取向总数为：2 I + 1 。
7
整理ppt
8
整理ppt
E= -μB0，B0：磁场强度；E：作用能
E1= -μ1B0 E2= -μ2B0 ΔE= hγB0/2π
当用一频率为υ射=γB0/2π的射频波照射磁场中的氢核时,核的自旋取向就会由高能级跃迁,产生核磁共振。磁场强度越高，发生核磁共振所需的射频越高。
+
9
整理ppt
核磁共振条件
(1) 核有自旋 (磁性核)
(2) 外磁场,能级裂分;
(3) 照射频率与外磁场的比值 / B0 =  / (2 )
（4）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。
（5）不同原子核，磁旋比 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。
（6）固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处发