核磁共振.docx

文档介绍：核磁共振
实验目的
了解核磁共振的基本原理和表征氢原子核的核磁共振谱的基本参数，熟悉高分辨率核磁共振仪的测量步骤，初步掌握核磁共振谱的解析方法。
实验原理

原子是由原子核和核外运动的电子所组成的。自旋自旋弛豫，通过它，一核的能量被转移至另一核，但各种取向的核的总数保持不变。关于这两种弛豫过程的详细讨论，可参阅有关文献和著作。

本实验使用的核磁共振仪频率为６0ＭＨｚ，可用于研究液态的有机化合物或固态化合物溶液（通常，液态样品也往往需用溶剂稀释）中的氢原子核的核磁共振谱。这时，表征核磁共振氢谱的主要参数是化学位移和耦合常数。
（１）化学位移
根据核磁共振条件（３）式，氢原子核（Ｈ1）在１４0９２Ｏｅ的磁场下，将吸收６0ＭＨｚ的电磁波能量，或者说，如固定交变磁场的频率不变（６0ＭＨｚ），则所有质子都应在１４0９２Ｏｅ的磁场下发生共振，产生共振峰。但是，实验发现，化合物中各种不同的原子核，在６0ＭＨｚ频率下，共振磁场强度稍有不同。这种原子核由于在分子中所处的化学环境不同造成在不同的共振磁场下显示吸收峰的现象称为化学位移。
产生化学位移的主要原因是由于氢原子核外围的电子以及与该原子核相邻近的其他原子核的核外电子在外加磁场的感应下会产生对抗磁场，从而对外加磁场起了一种屏蔽作用。其大小可用一屏蔽因子σ来反映。于是，产生核磁共振的有效磁场可以表示成
Ｈeff＝Ｈ0（１－σ）                       （４）
一般σ值为１0－５－１0－３。对６0ＭＨｚ仪器，。尽管这种差异范围很小，但却是一个很重要的现象，是核磁共振在化学中应用的基础。
-2示出了乙基苯于１00ＭＨｚ时的高分辨核磁共振图谱。从图中可以看出，乙基苯的分子Ｃ６H５ＣＨ２ＣＨ３中，Ｃ６H５—基团上的５个质子，—ＣＨ２—基团上的２个质子以及—ＣＨ３基团上的３个质子各自在分子中所处的化学环境是不同的，因而会在不同的磁场强度下产生共振吸收峰，即它们具有不同的化学位移。同一图中还示出了积分记录图。
由于化学位移差别范围很小，所以要精确测出其绝对值比较困难。一般都以相对数值来表示，测量精确度可在１Ｈｚ以内。测量时，以某一标准物质的共振峰为原点，然后测出各共振峰与原点的距离，再按下式定义计算出化学位移δ值：
δ＝［（ｆ样品－ｆ标准）／ｆ标准］×１0６
＝［（Ｈ样品－Ｈ标准）／Ｈ标准］×１0６
式中，乘以１0６是为了使δ所得数字易读易写。为此，通常把ppm（part per million的缩写，意思是百万分之一）作为δ值的单位。对于６0ＭＨｚ的仪器，１ ppm的宽度相当于频率改变６0Ｈｚ。
标准样品一般采用四甲基硅（ＣＨ３）４Ｓｉ。它的共振峰只有一个单峰，且位于高场范围很容易识别。这种物质化学上惰性很大，它的１２个质子呈球形分布，因此是各向同性的。它的共振磁场或共振频率随温度的变化很小。它的沸点为２７℃，易挥发，这有利于回收样品。此外，它易于和许多有机溶剂混溶。人们规定，在四甲基硅峰左边的δ值为正，位于其右边的峰δ值为负。
化学位移本身的校准常采用由几种化合物所组成的标准混合物，它们按表１的浓度配比