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核磁共振谱(NMR)与红外、紫外一样,都属于吸收光谱。
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红外光谱是由分子的振动和转动能级的跃迁产生的吸收光谱
紫外-可见吸收光谱来源于分子的电子能级间的跃迁
核磁共振是分子中原子核自旋能级的跃迁产生的吸收光谱。
在NMR中电磁辐射的频率为兆赫数量级,属于射频区,但是射频辐射只有置于强磁场F的原子核才会发生能级间的跃迁,即发生能级裂分。
当吸收的辐射能量与核能级差相等时,就发生能级跃迁,从而产生核磁共振信号。
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核磁共振谱常按测定的核分类,测定氢核的称为氢谱(1HNMR);测定碳-13的称为碳谱(13CNMR)。
核磁共振谱不仅给出基团的种类,而且能提供基团在分子中的位置。
在定量上NMR也相当可靠。高分辨1HNMR还能根据磁偶合规律确定核及电子所处环境的细小差别,从而研究高分子构型和共聚序列分布等结构问题的有力手段;而13CNMR主要提供高分子碳一碳骨架的结构信息。
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核磁共振基本知识
一、原子核产生核磁共振吸收的条件
p为自旋角动量,是量子化的,由自旋量子数I确定。
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只有当I≠0时,才有自旋角动量,才能产生磁矩!有磁矩才有核磁共振!
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原子核产生核磁共振吸收的条件
自旋的核有一定的角动量,为一矢量
核带电,核电荷自旋时有一定的核磁矩,也为一矢量
在没有外加电场作用的时候,由于原子核的质量和电荷同时作自旋运动,两矢量平行。
,使核磁能级发生分裂。
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拉莫尔进动
当自旋的原子核置于外磁场H0时,由于磁矩与磁场的作用,原子核的自旋运动就像一个陀螺一样进行旋进运动,也称拉莫尔进动。
质子在磁场H0下的旋进运动
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能级分裂
以质子为例,当施加外磁场H0时,根据量子力学原理,核磁矩对于固定磁场只能有(2I+1)个取向,即两个取向。与外磁场相同与相反方向。相同为低能态,相反为高能态。外加磁场H0使自旋原子核的核磁能级发生分裂。
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原子核产生核磁共振吸收的条件
,其能量正好是作拉莫尔运动的原子核的两能级之差,才能被原子核吸收,使其从低能态跃迁到高能态,从而发生核磁共振吸收。
其中ΔE——1H核两能级差,
γ——为磁旋比,为核的特征常数
h——普朗克常数
H0——外加的磁场强度
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要使原子核发生核磁共振,必须吸收频率为ν的电磁辐射,它的能量等于两能级差
当H0一定时,改变不同的频率ν,总可以找到一个ν使之发生共振;在核磁共振技术中,称为扫频;
当固定ν,不断改变H0,总可以找到一个H0使之发生共振,称为扫场。
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