核磁共振解析.ppt

核磁共振波谱( Nuclear ic Resonance Spetroscopy,NMR ) ?一、教学目的与要求?掌握核磁共振的概念及产生的条件;了解原子核的基本属性和磁性核在外磁场中的行为;理解驰豫的产生的原因及分类;理解化学位移的产生及意义;理解自旋-自旋耦合的产生和作用;了解核磁共振谱仪的分类;掌握核磁共振氢谱中影响化学位移的因素及影响规律; 掌握耦合作用的一般规则;掌握核磁共振碳谱化学位移的影响因素及规律。?二、授课主要内容?第一节核磁共振波谱的基本原理?第二节核磁共振谱仪简介?第三节核磁共振氢谱?第四节核磁共振碳谱?三、学****重点及难点分析?重点:核磁共振的产生条件;化学位移和自旋-自旋耦合作用对核磁共振的影响规律;核磁共振氢谱和碳谱中影响化学位移的因素分析;耦合作用的规律。?难点:对核磁共振氢谱和碳谱的实际谱图进行分析。?核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率(兆赫数量级的射频)的电磁波作用时,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。?第一节核磁共振波谱的基本原理?一、核磁共振现象的产生?1、原子核的基本属性?1)原子核的质量和所带电荷——是原子核的最基本属性。?2)原子核的自旋和自旋角动量——量子力学中用自旋量子数 I描述原子核的运动状态。质量数偶数偶数奇数质子数偶数奇数偶数奇数中子数偶数奇数奇数偶数自旋量子数 I0 n/2(n=2, 4…) n/2(n=1,3, 5….) 典型核 12 C, 16 O, 32S 2 H, 14N 13 C, 17 O, 1 H, 19 F, 15N, 11 B, 34 Cl, 79 Br, 81 Br 各种核的自旋量子数 I=0 ,非自旋球体,无核磁共振现象; I=1 ,2,3, 3/2 , 5/2 …..自旋椭球体; I=1/2 ,自旋球体。?原子核自旋时产生的角动量 P= )1()1(2 ???IIII h?? P在直角坐标系 z轴上的分量 Pz=mm h???2 m:原子核的磁量子数。可取 I,I-1,I-2 ….-I,共 2I+1 个不连续的值。 3)原子核的磁性和磁矩核磁矩)1()1(2 ?????IIgIIm eg NN P N??? g N 称为 g因子或朗德因子,是一个与核种类有关的因数; mP 为核的质量; 称作核磁子,是一个物理常数 P Nme2/???核磁矩的方向与 P方向重合,在 z轴上的分量为 mg NNz????4)原子核的磁旋比? NNP Ngm eg P ??????2 磁旋比是原子核的基本属性之一,核的磁旋比越大,核的磁性越强。 2、磁性核在外磁场( B0 )中的行为 1)原子核的进动当磁核处于一个均匀的外磁场 B0 中,核因受到 B0 产生的磁场力作用围绕着外磁场方向作旋转运动,同时仍然保持本身的自旋。这种运动方式称为进动或拉摩进动。进动圆频率: 0B????进动线频率: 02 B?????2)原子核的取向和能级分裂?磁核在外磁场中具有的能量: 0 0 00 cos mB gB BBE NN Z??????????????(θ:μ与 B0 的夹角) 取向为 m=1/2 的核,磁矩方向与 B0 方向一致,其能量为: 0 0 2/142 1B hBgE NN????????取向为 m=-1/2 的核,磁矩方向与 B0 相反,其能量为: 00 2/142 1B hBgE NN?????? 00 2/12/1BBgEEE NN????????? I=1/2 的磁核能级与外磁场 B0 的关系 m=1/2 的核进动方向为逆时针, m=-1/2 的核进动方向为顺时针。?3、核磁共振产生的条件?当外界电磁波提供的能量正好等于相邻能级间的能量差时,核就能吸收电磁波的能量从较低能级跃迁到较高能级,被吸收的电磁波的频率为: 02 1Bh E??????外磁场的存在是核磁共振产生的必要条件。计算: B0= 时, 1H 的吸收频率? 13C 的吸收频率? 100MHz~ ——射频(无线电波)部分。