文档介绍：核磁共振波谱法
Nuclear ic Resonance Spectroscopy
本章学习要点
了解引起核磁共振的能量跃迁类型以及能量、回旋频率、磁场强度、振动频率之间的相互关系。
了解发生核磁共振的必要条件以及怎样鉴别共振;
了解什么因素决定着核的屏蔽作用以及这些因素将怎样影响化学位移;
了解自旋—自旋偶合以及相邻核之间的相互作用;
了解样的各向异性效应,氢核之间的快速交换以及氢键缔合等因素对化学位移的影响。在决定分子结构图式时,能够利用化学位移及偶合常数;
能够辨认并计算因自旋—自旋干扰产生的裂分图像类型,并会测定各种化学位移及偶合常数的数值。
1 基本原理
原子核的自旋
自旋量子数 I >0的原子核有自旋现象和自旋角动量。当 I= ½ 时,核电荷呈球形分布于核表面,它们的核磁共振现象较为简单,属于这一类的主要原子核有1H1、15N7、13C6、19F9、31P15。其中研究最多、应用最多的是1H和13C核磁共振谱。
Spin quantum number for various nuclei
Number of protons
Number of Neutrons
Spin Quantum Number (I)
Examples
Even
Even
0
12C, 16O, 32S
Odd
Even
1/2
1H, 19F, 31P
"
"
3/2
11B,35Cl, 79Br, 127I
Even
Odd
1/2
13C
"
"
5/2
17O
Odd
Odd
1
2H, 14N
自旋量子数
自旋量子数I与原子的质量数A及原子序数Z有关。
自旋角动量
一些原子核有自旋现象,因而具有自旋角动量。由于核是带电粒子,故在自旋同时将产生磁矩。核磁矩与角动量都是矢量,磁矩的方向可用右手定则确定。
核的自旋角动量P是量子化的,不能任意取数,并可用核的自旋量子数I表示。
核磁矩(核磁子0)
反映自旋核产生的磁场强度
10=×10-31 焦耳/高斯
磁旋比
对于给定的原子核, , r, p等为定值。
 H= o
rH=×104
磁量子数
若将自旋核放入场强为H0的磁场中,由于磁矩与磁场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向。按照量子力学原理,它们在外磁场方向的投影是量子化的,可用磁量子数m描述之。M可取下列数值:
m=I, I-1, I-2……-I
自旋核在磁场中的取向与能量
自旋取向数
按照量子理论,磁性核在外加磁场中的自旋取向不是任意的,并可按下式计算:
自旋取向数=2I+1
I=1/2 自旋取向数=2 ½, - ½
I=1 自旋取向数=3 1, 0, -1
I=2 自旋取向数=5 -2, -1, 0, 1, 2
每一种取向即为一种不同能量的状态。
不同自旋取向的能级差
每个自旋取向将分别代表原子核的某个特定的能量状态。对于具有自旋量子数I和磁量子数m的核,量子能级的能量可用下式确定:
H0——外加磁场强度,高斯(G);
μ——核的磁矩, μ0。
1H在外磁场中只有m=+1/2及m=-1/2两种取向,其能量分别为: E-1/2=-μH0和E+1/2=μH0。