文档介绍：第十四章核磁共振波谱法
利用核磁共振光谱进行结构测定,定性与定量分析的方法称为核磁共振波谱法。简称 NMR。
将磁性原子核放入强磁场后,用适宜频率的电磁波照射,它们会吸收能量,发生原子核能级跃迁,同时产生核磁共振信号,得到核磁共振。
在有机化合物中,经常研究的是1H和13C的共振吸收谱,重点介绍H核共振的原理及应用。
第一节核磁共振波谱法的原理
第二节核磁共振仪
第三节化学位移
第四节偶合常数
第五节核磁共振氢谱的解析
第一节核磁共振波谱法的原理
一、原子核的自旋
1、自旋分类:
(1)I=0即质量数与电荷数都为偶数的核,不产生核磁共振信号,如12C6,32S16,16O8 。
(2)I为半整数即质量数为奇数,电荷数可为奇数或偶数的核,核磁矩不为0,其中I=。如1H1, 13C6 19F9,31P15 。
(3)I为整数即质量数为偶数,电荷数为奇数的核,有自旋现象,研究较少。如14N7。
实践证明,核自旋与核的质量数,质子数和中子数有关
质量数为偶数
原子序数为偶数
自旋量子数为0
无自旋
12C6,32S16,16O8
质量数为偶数
原子序数为奇数
自旋量子数为1,2,3
有自旋
14N7
质量数为奇数
原子序数为奇或偶数
自旋量子数为1/2,3/2,5/2
有自旋
1H1, 13C6 19F9,31P15
原子核具有质量并带正电荷,大多数核有自旋现象,在自旋时产生磁矩,磁矩的方向可用右手定则确定,核磁矩和核自旋角动量P都是矢量,方向相互平行,且磁矩随角动量的增加成正比地增加= P
—磁旋比,不同的核具有不同的磁旋比,对某元素是定值。是磁性核的一个特征常数。
P为普朗克常数。
2、核磁矩u
例:H原子H=×108T-1·S-1(特[斯拉]-1 ·秒-1) C13核的C =×107 T-1·S-1
代入上式得:
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原子核才有自旋角动量和自旋现象
核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量子数 I 的关系如下:
(= P)
二、原子核的自旋能级和共振吸收
(一)核自旋能级分裂
把自旋核放在场强为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,共有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示
m=I, I-1, I-2, ……-I
每种取向各对应一定能量状态
I=1/2的氢核只有两种取向
I=1的核在H0中有三种取向
与外磁场平行,能量较低,m=+1/2, E 1/2= -H0
与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2, E -1/2=H0
I=1/2的氢核
Pz为自旋角动量在Z轴上的分量
核磁矩在磁场方向上的分量
核磁矩与外磁场相互作用而产生的核磁场作用能E, 即各能级的能量为
E=-ZH0
E 1/2= -H0
E-1/2= H0