文档介绍：1
核磁共振(NMR)
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核磁共振概论
核磁共振(简称为NMR)是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率(兆赫数量级的射频)的电磁波作用时,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。因此,就本质而言,核磁共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的,属于吸收光谱(波谱)范畴。根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。
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发展历史
45 ~ 46年:F. Bloch 和 E. M. Purcel 两个小组几乎同时发现NMR现象
50年代初:NMR首次应用于有机化学
60年代初:Varian Associates A60 Spectrometer 问世,NMR开始广泛应用
70年代:Fourier Transform的应用13C-NMR技术(碳骨架)(GC,TLC,HPLC技术的发展)
80年代:Two-dimensional (2D) NMR诞生(COSY,碳骨架连接顺序,非键原子间距离,生物大分子结构,……)以及MRI的应用
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NMR 无论在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展,具体表现在以下几方面:
1. 仪器向更高的磁场发展,以获得更高的灵敏度和分辨率,现己有300、400、500、600MHz,甚至1000 MHz的超导NMR 谱仪;
2. 利用各种新的脉冲系列,发展了NMR 的理论和技术,在应用方面作了重要的开拓;
3. 提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量子跃迁等NMR 测定新技术,在归属复杂分子的谱线方面非常有用。,而获得1991 年诺贝尔化学奖;
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4. 固体高分辨NMR 技术、HPLC-NMR 联用技术、碳、氢以外核的研究等多种测定技术的实现大大扩展了NMR 的应用范围;
5. 核磁共振成象技术等新的分支学科出现,可无损测定和观察物体以及生物活体内非均匀体系的图象,在许多领域有广泛应用,也成为当今医学诊断的重要手段。
从核磁发现至今60多年时间里有关核磁共振的研究曾在三个领域(物理、化学、生理学或原子)内获得了六次诺贝尔科学奖.
1943年诺贝尔物理学奖,1944年诺贝尔物理学奖, 1952年诺贝尔物理学奖,1991年度诺贝尔化学奖, 2002年诺贝尔化学奖, 2003年诺贝尔生理或医学奖。
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1. 核的自旋
核磁共振研究的对象:具有磁矩的原子核。
原子核是带正电的粒子。其自旋运动将产生磁矩,但并非所有同位素的原子核都有自旋运动,只有存在自旋运动的原子核才有磁矩。
μ磁矩,P自旋角动量,γ核的旋磁比,I自旋量子数, h普朗克常数
原子核的自旋运动与自旋量子数I 有关。I=0的原子核没有
旋运动,I 不等于0的原子核有自旋运动。
原子核可按I 的数值分为以下三类
核自旋和共振
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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….
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1)质量数和原子序数均为偶数(质子数、中子数均为偶数),则 I = 0 (如12C6、16O8、32S16)
2)质量数为奇数(质子数与中子数其一为偶数,另一为奇数),则 I = 1/2 (如1H1、13C6、15N7、19F9、 31P15 )
I = 3/2 (如 7Li3、11B5、23Na11、33S16、35Cl17、37Cl17),……
3)质量数为偶数,原子序数为奇数(质子数、中子数均为奇数),则 I = 1 (如 2H1、14N7)
I = 2 (如58Co27)
I = 3 (如10B5),……
核的分类:
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核磁共振现象
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B0中时,相对于外磁场,可以有(2I+1)种取向: