核磁共振波谱法NuclearMagneticResonance.ppt

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核磁共振波谱主要参数
核磁共振波谱法应用
NMR 仪 器
13C核磁共振波谱简介
NMR简介
1. 一般认识
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,将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR现象。
射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)——吸收──能级跃迁──NMR,测定有机化合物的结构,1HNMR──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）
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对射频辐射的吸收。
2. 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；
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）。
一. 原子核的磁性
带电原子核自旋 自旋磁场磁矩  (沿自旋轴方向) 磁矩  的大小与磁场方向的角动量 P 有关, （ 为磁旋比）每种核有其固定 值（×108T-1s-1)。
第一节 NMR基本原理
各种核的自旋量子数及核磁性
质量数
(A)
质子数
(Z)
中子数
(N)
自旋量子数(I)
核磁性
实例
偶数
偶数
奇数
偶数
奇数
奇数或偶数
偶数
奇数
奇数或偶数
0

½,3/2,5/2
无
有
有
12C,16O,32S
2H,10B,14N
1H,13C,17O,19F,31P,33S
I=0的原子核没有自旋现象,无磁性,称为非磁性核,这类核的能发生核磁共振,I≠0的核称为磁性核,I值可取整数和半整数,这类核会发生核磁共振.
二 核自旋能级和核磁共振
(一) 核自旋能级
有自旋现象的原子核,在外磁场B0中,由于磁矩和磁场的相互作用,核的自旋取向数有(2I+1)个
其中h为Planck常数 (10-)；m为磁量子数,其大小由自旋量子数 I 决定,m 共有2I+1个取值,即角动量 P 有 2I+1 个状态, 或者说有 2I+1 个核磁矩。
必须注意：在无外加磁场时,核能级是简并的,各状态的能量相同。
对氢核来说,I=1/2,其m值只能有21/2+1=2个取向：+1/2和-1/2。也即表示 H 核在磁场中,自旋轴只有两种取向：
与外加磁场方向相同,m=+1/2,磁能级较低
与外加磁场方向相反,m=-1/2,磁能级较高
（a）磁性核在磁场中的取向 （b）I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
两个能级的能量分别为：
两式相减：
又因为,
所以,
即,