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§1概述
电磁波与处在强磁场中的磁性原子核相互作用(磁性原子核能量裂分为两个或两个以上能级),
磁性原子核发生磁能级共振跃迁,产生吸收信号。
原子核对电磁波辐射的吸收称为NMR。
氢谱:最成熟、应用最广泛
氢原子位置:烷基氢、烯氢、芳氢、羟基氢、胺基氢、醛基氢
化学环境:偶合常数和峰形
各组氢核相对数目:积分高度或峰面积
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(1)质子核磁共振谱(PMR),简称氢谱(1H-NMR)
(2)碳-13核磁共振谱(13CMR),简称碳谱13C
(3)氟、磷核磁共振谱
ν0:90,100,220…500MHz,
ν0↑,核间干扰小,谱清晰
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1946年,(水中质子)(石蜡中质子)分别同时观察到核磁共振现象
两人获得1952年诺贝尔物理学奖;
1953年,第一台核磁共振商品仪器;
1966年,高分辨核磁共振仪;
20世纪70年代,脉冲傅里叶变换核磁共振仪,提高灵敏度;
1991年,,获诺贝尔化学奖;
近年,新的双共振技术,复杂谱图简单化。
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§2基本原理
自旋角动量P描述,矢量,方向与旋转轴重合,
I—自旋量子数,
与该核质量数和原子序数有关
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表1各种原子核的自旋量子数
质量数
原子序数
自旋量子数I
实例
偶数
偶数
0
12C,16O,32S
奇数
奇数
(偶数)
1/2,3/2,5/2…
1H,13C,15N,19F,31P,17O,33S,35Cl,79Br
偶数
奇数
1,2,3
2D,14N(研究较少)
质量数、原子序数均为偶数,I=0,非自旋核;
质量数,原子序数之一为奇数,I≠0,自旋核
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原子核是带电粒子,自旋运动时产生一个磁场,如图
核磁矩μ:两磁极间磁性大小,矢量,方向与自旋角动量P
方向重合。
μ=γP
γ是磁旋比,rad/(T·s)
自旋角动量P是量子化的,在外
磁场H0方向(沿Z轴)的分量Pz=
核磁矩μ在H0方向的分量μz=γPz
μz=
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自旋核放到外磁场H0中
自旋核自旋;
进动(Larmor进动):绕磁场方向旋转
核自旋轴和H0轴形成一个θ角,自旋核沿轴进动;
进动频率ν0-Larmor频率;ν0∝H0
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核磁矩μ在外磁场H0中的能量E=-μzH0(磁学原理)
负号:核磁矩与磁场顺向时能量较低。
E=-
自旋核在外磁场H0中的自旋取向数为(2I+1)个,取值范围为+I~-I
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I=1/2的核,在磁场中的自旋取向数为2×1/2+1=2。
一个取向相应E+1/2=-μzH0,能量较低;
一个取向相应E-1/2=+μzH0,能量稍高。
ΔE=E-1/2-E+1/2=2μzH0=
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