文档介绍：第十七章 核磁共振波谱分析法
一、核磁共振波谱分析法
二、核磁共振的特点
第一节 核磁共振的概述
第十七章 核磁共振波谱分析法
核磁共振:
在外磁场的作用下,可引起分子中某种原子核的自旋能级的分裂,用波长10-100m的电磁波照射分子,分子中某种原子核吸收一定频率的射频,就会从低能态跃迁到高能态,即产生核磁共振。
早在1924年Pauli就预言了核磁共振的基本原理;某些原子核具有自旋和磁矩的性质,它们在磁场中可以发生能级的分裂。这个预言直到1946年才由哈佛大学的Purcell及斯坦福大学的Bloch所领导的两个实验室分别得到证实,他们在各自实验室中观察到核磁共振现象,因此他们分享了1952年的诺贝尔物理奖。
1949年,Kight第一次实现了化学环境对核磁共振信号影响的实验,并发现了信号与化合物结构有一定的关系。
第十六章 核磁共振波谱分析法
1953年出现了世界上第一台商品化的核磁共振波谱仪。
1956年,曾在Block实验室工作的Varian制造出第一台高分辩率的仪器,从此,核磁共振波谱法成了化学家研究化合物的有力工具,并逐步扩大其应用领域。
七十年代以后,由于科学技术的发展,科学仪器的精密化,自动化,核磁共振波谱法得到迅速发展,在许多领域中已得到广泛应用,特别是生物化学领域中的研究和应用发挥着巨大的作用。
第十六章核磁共振波谱分析法
二、核磁共振波谱法的特点:
,因为它把有机化合物最常见的组成元素氢(氢谱)或碳(碳谱)等作为“生色团”来研究,因此它可以确定所有常见官能团的化学环境,有些是其它光谱或分析法所不能判断的环境,NMR法谱图的直观性强,谱图解释较为容易。
(除了常用的氢谱外,还有碳谱,氟谱,磷谱等),因此,扩大了应用范围,各种谱之间还可以互相印证。
,还可以求得某些化学过程的动力和热力学参数。
:灵敏度比较低,但现代高级、精密的仪器使用,可以使灵敏度极大的提高;
不能用于固体的测定,仪器比较昂贵,工作环境要求比较苛刻,因而影响了基应用的普及性。
第十六章 核磁共振波谱分析法
一、原子核的自旋
二、核磁共振现象
三、核磁共振条件
第二节 核磁共振基本原理
一、原子核的自旋
若原子核存在自旋,产生核磁矩:
自旋角动量:
I:自旋量子数;
h:普朗克常数;
自旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩,原子的自旋情况可以用(I)表征:
质量数原子序数自旋量子数I
偶数偶数 0
偶数奇数 1,2,3….
奇数奇数或偶数 1/2;3/2;5/2….
核磁矩:
I≠0,为磁性核
讨论:
(1) I=0 的原子核 O(16) C(12)S(22)等,无自旋,没有磁矩,不产生共振吸收。
(2) I=1 或 I >0的原子核
I=1 :2H,14N
I=3/2: 11B,35Cl,79Br,81Br
I=5/2:17O,127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体,电荷分布不均匀,共振吸收复杂,研究应用较少;
(3)I=1/2的原子核 1H,13C,19F,31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体,并象陀螺一样自旋,有磁矩产生,是核磁共振研究的主要对象,C,H也是有机化合物的主要组成元素。
二、自旋核在外磁场中的行为
自旋量子数 I=1/2的原子核(氢核),可当作电荷均匀分布的球体,绕自旋轴转动时,产生磁场,类似一个小磁铁。
当置于外加磁场H0中时,相对于外磁场,可以有(2I+1)种取向:
氢核(I=1/2),两种取向(两个能级):
(1)与外磁场平行,能量低,磁量子数m=+1/2;
(2)与外磁场相反,能量高,磁量子数m=-1/2;
H
0
m
=
1
/
2
m
=
-
1
/
2
m
=
1
m
=
-
1
m
=
0
m
=
2
m
=
1
m
=
0
m
=
-
1
m
=
-
2
I
=
1
/
2
I
=
1
I
=
2
z
z
z
核自旋角动量P在Z轴上的分量为:
则核磁矩在Z轴上的分量为:
核磁矩的能量
两能级间的能量差与磁场强度H0成正比,也与核的磁旋比γ有关: