文档介绍：概述
核磁共振波谱来源于原子核能级间的跃迁。测定NMR谱的根据是某些原子核在磁场中产生能量分裂,形成能级。用一定频率的电磁波对样品进行照射,就可使特定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NMR谱,谱上的共振信号位置反映样品分子的局部结构(例如官能团,分子构象等);信号强度则往往与有关原子核在样品中存在的量有关。
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概述
分类:
按照测定的对象分类:
1H、13C、19F、29Si、15N及31P等
按样品的状态分类:
溶液NMR,固体NMR
应用:
高分子的化学组成、形态、构型、构象及动力学,是研究高分子结构与性质的有力工具
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自旋
一、基本原理----核磁共振现象
原子核自旋具有自旋角动量P
I 为自旋量子数
自旋产生的磁矩m为:
g 为磁旋比。g 与核的特性有关,特定的原子核具有特定的g
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进动
一、基本原理
原子核绕H0的进动频率w0为:
上式称为拉莫(Larmor)方程,式中w0(rad/s)或v0(Hz)称为拉莫频率。
进动频率v0与H0成正比,与核的磁旋比g 相关,而与质子原子核轴在磁场方向的倾斜角度q 无关
一、基本原理----核磁共振现象
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自旋-进动
一、基本原理
m与H0存在相互作用,其相互作用能量为:
式中mz为m在H0方向的投影,其取值必须符合空间量子化规律。
m为磁量子数,它所能取的数值是从+I到-I
一、基本原理----核磁共振现象
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一、基本原理
原子核吸收或放出能量时,就能在磁能级之间发生跃迁,跃迁所遵从的选律为Dm=1。
如果在外磁场H0中外加一个能量为hv0,并能满足上述条件的电磁波照射以后:
这个电磁波就可引起原子核在两个能级之间的跃迁,从而产生核磁共振现象。
一、基本原理----核磁共振现象
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一、基本原理
某种核的具体共振条件(H0,v0)是由核的本性(g)决定的。在一定强度的外磁场中,只有一种跃迁频率,每种核的共振频率v0与H0有关。
因此,核磁共振的条件是:
一、基本原理----核磁共振现象
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一、基本原理----原子核的弛豫
把1H、13C等自旋量子数I=1/2的原子核放在外磁场H0中,原子核的磁能级分裂成为(2I+1)个。磁核优先分布在低能级上,但是高、低能级间能量差很小,平衡状态各能级的粒子集居数遵从玻耳兹曼(Boltzman)规律,即:
N1、N2 ——磁核分别在低、高能级上分布总数;
DE——高、低两能级间的能量差。
对质子而言,在室温300K,:
(N1-N2)/N1110-5
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一、基本原理----原子核的弛豫
随着NMR吸收过程的进行,低能态的核子数越来越少,经过一定时间后,上下能级所对应的能态的核子数相等,即N1=N2,这时吸收与辐射几率相等,便观察不到核磁共振吸收了。
在兆周射频范围内,由高能态回到低能态的自发辐射几率近似为零,尚好还有一些非辐射的途径,这种途径称为弛豫过程。
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一、基本原理----原子核的弛豫
自旋-晶格弛豫(Spin-Lattice Relaxation),也称为纵向弛豫
高能态的碳核本身拉莫进动与周围带电微粒子热运动产生的波动场之间有相互作用。把能量传递给周围环境,自己回到低能态的过程。半衰期用T1表示,称为纵向弛豫时间。
自旋-自旋弛豫(Spin-Spin Relaxation),或称为横向弛豫
高能态磁核将能量传递给邻近低能态同类磁核的过程。其半衰期用T2表示,称为横向弛豫时间。
弛豫时间对谱线宽度影响很大。谱线宽度与弛豫时间T2成反比。固体样品T2很小,所以谱线很宽。
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