文档介绍：第7章 核磁共振波谱分析法NMR
第一节核磁共振基本原理
principle of nuclear ic resonance
第二节核磁共振与化学位移
nuclear ic resonance and chemical shift
第三节自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
第四节谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
第五节 13C核磁共振波谱
13C nuclear ic resonance
结束
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一、原子核的自旋
atomic nuclear spin
二、核磁共振现象
nuclear ic resonance
三、核磁共振条件
condition of nuclear ic resonance
四、核磁共振波谱仪
nuclear ic resonance spectrometer
第一节 核磁共振基本原理
principles of nuclear ic resonance
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概述
核磁共振波谱是分子吸收波长很长、频率为兆赫数量级(MHz)、能量很低的电磁辐射引起核自旋能级的裂分。将有磁性的自旋原子核放入强磁场中,以适当频率的电磁波辐射,原子核吸收射频辐射发生能级跃迁,产生核磁共振吸收现象,从而获得有关化合物分子骨架信息,这种方法称为核磁共振波谱分析法。
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一、原子核的自旋 atomic nuclear spin
若原子核存在自旋,产生核磁矩和核动量:
自旋角动量:
自旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩,
核磁矩:
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讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O; 12 C; 22 S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。
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B
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
1
P
r
m=1/2
m= -1/2
B
0
H
E2=+ m B0
E= E2 - E1 = 2m B0
E1=- m B0
核磁矩取向:2I+1
μ为自旋核产生的磁矩,
B0为外加磁场强度,
I为自旋量子数。
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二、核磁共振现象 nuclear ic resonance
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。
当置于外磁场H0中时,相对于外磁场,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;
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( 核磁共振现象)
两种取向不完全与外磁场平行,=54°24’和 125 °36’
相互作用, 产生进动(拉莫进动)进动频率 0; 角速度0;
0 = 20 = B0
磁旋比; B0外磁场强度;
两种进动取向不同的氢核之间的能级差:
E= B0 (磁矩)
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三、核磁共振条件 condition of nuclear ic resonance
在外磁场中,原子核能级产生裂分,由低能级向高能级跃迁,需要吸收能量。
能级量子化。射频振荡线圈产生电磁波。
对于氢核,能级差: E= B0 (磁矩)
产生共振需吸收的能量:E= B0 = h 0
由拉莫进动方程:0 = 20 = B0 ;
核磁共振方程或共振条件: 0 = B0 / (2)
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共振条件
(1) 核有自旋(磁性核)
(2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / B0 = / (2)
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