【正文】 00:52:55 第八章 核磁共振波譜分析法 一、原子核的自旋 atomic nuclear spin 二、核磁共振現(xiàn)象 nuclear magic resonance 三、核磁共振條件 condition of nuclear magic resonance 四、核磁共振波譜儀 nuclear magic resonance spectrometer 第一節(jié) 核磁共振基本原理 nuclear magic resonance spectroscopy。 NMR principles of nuclear magic resonance 00:52:55 質(zhì)量數(shù) （ a ） 原子序數(shù) （ Z ） 自旋量子 （ I ） 例子奇數(shù) 奇或偶 ??25,23,21,2111HI ?715919613, NFC8171735511,25,23OIClBI ??偶數(shù) 偶數(shù) 0 1632816612, SOC偶數(shù) 奇數(shù) 1 ， 2 ， 3 ?? 51071412,3,1 BINHI ??一、 原子核的自旋 atomic nuclear spin 若原子核存在自旋，產(chǎn)生核磁矩： 自旋角動量： 核磁子 ?=eh/2M c； 自旋量子數(shù)（ I） 不為零的核都具有磁矩， )1(2 ?? IIh??)1( ?? IIg ??核 磁 矩： ??7 9 2 7 ?H? 7 0 2 1 ?C?00:52:55 討論 : (1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ， 無自旋，沒有磁矩，不產(chǎn)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 這類原子核的核電荷分布可看作一個橢圓體，電荷分布不均勻，共振吸收復雜，研究應用較少； (3)Ｉ ＝ 1/2的原子核 1H， 13C， 19F， 31P 原子核可看作核電荷均勻分布的球體，并象陀螺一樣自旋，有磁矩產(chǎn)生，是核磁共振研究的主要對象， C， H也是有機化合物的主要組成元素。 00:52:55 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 1 P ? H 0 H E2=+ ? H0 E= E2 － E1 = 2? H0 E1=－ ? H0 00:52:55 二、 核磁共振現(xiàn)象 nuclear magic resonance 自旋量子數(shù) I=1/2的原子核（氫核），可當作電荷均勻分布的球體，繞自旋軸轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生磁場，類似一個小磁鐵。 當置于外磁場 H0中時，相對于外磁場，有（ 2I+1） 種取向： 氫核（ I=1/2）， 兩種取向（兩個能級）： (1)與外磁場平行，能量低，磁量子數(shù) ｍ ＝＋ 1/2。 (2)與外磁場相反，能量高，磁量子數(shù) ｍ ＝－ 1/2。 00:52:55 ( 核磁共振現(xiàn)象 ) 兩種取向不完全與外磁場平行， ?＝ 54176。 24’ 和 125 176。 36’ 相互作用 , 產(chǎn)生進動 (拉莫進動 )進動頻率 ? 0； 角速度 ?0； ?0 = 2? ?0 = ? H0 ? 磁旋比； H0外磁場強度； 兩種進動取向不同的氫核之間的能級差： ?E= ?H0 （ ?磁矩） 00:52:55 三、核磁共振條件 condition of nuclear magic resonance 在外磁場中，原子核能級產(chǎn)生裂分，由低能級向高能級躍遷，需要吸收能量。 能級量子化。射頻振蕩線圈產(chǎn)生電磁波。 對于氫核，能級差： ?E= ?H0 （ ?磁矩） 產(chǎn)生共振需吸收的能量： ?E= ? H0 = h ?0 由拉莫進動方程： ?0 = 2? ?0 = ? H0 。 共振條件： ?0 = ? H0 / (2? ) 00:52:55 共振條件 (1) 核有自旋 (磁性核 ) (2)外磁場 ,能級裂分 。 (3)照射頻率與外磁場的比值 ?0 / H0 = ? / (2? ) 00:52:55 能級分布與弛豫過程 不同能級上分布的核數(shù)目可由 Boltzmann 定律計算： 磁場強度 T； 25?C； 1H的共振頻率與分配比： ?????? ???????? ??????????? ??? kThkT EkT EENN jiji ?e x pe x pe x p兩能級上核數(shù)目差： ?105； M H 80 ? ???? B???共振頻率99 99 8 xp 1123634????????????????????????jiNN弛豫 (relaxtion)—— 高能態(tài)的核以非輻射的方式回到低能態(tài)。 飽和 (saturated)—— 低能態(tài)的核等于高能態(tài)的核。 00:52:55 討論 : 共振條件： ?0 = ? H0 / (2? ) （ 1）對于同一種核 ，磁旋比 ? 為定值， H0變，射頻頻率 ?變。 （ 2）不同原子核，磁旋比 ? 不同，產(chǎn)生共振的條件不同，需要的磁場強度 H0和射頻頻率 ?不同。 （ 3） 固定 H0 ，改變 ?（掃頻） ，不同原子核在不同頻率處發(fā)生共振（圖）。也可固定 ? ，改變 H0 （掃場）。掃場方式應用較多。 氫核（ 1H）： T 共振頻率 60 MHz T 共振頻率 100 MHz 磁場強度 H0的單位： 1高斯（ GS） =104 T（ 特拉斯） 00:52:55 討論 : 在 1950年， Proctor等人研究發(fā)現(xiàn)：質(zhì)子的共振頻率與其結(jié)構(gòu)（化學環(huán)境）有關(guān)。在高分辨率下，吸收峰產(chǎn)生化學位移和裂分，如右圖所示。 由有機化合物的核磁共振圖，可獲得質(zhì)子所處化學環(huán)境的信息，進一步確定化合物結(jié)構(gòu)。 00:52:55 四、核磁共振波譜儀 nuclear magic resonance spectrometer 1．永久磁鐵 ：提供外磁場，要求穩(wěn)定性好，均勻，不均勻性小于六千萬分之一。掃場線圈。 2 ．射頻振蕩器 ：線圈垂直于外磁場，發(fā)射一定頻率的電磁輻射信號。60MHz或 100MHz。 00:52:55 3 ．射頻信號接受器 （檢測器）：當質(zhì)子的進動頻率與輻射頻率相匹配時，發(fā)生能級躍遷，吸收能量，在感應線圈中產(chǎn)生毫伏級信號 。 4．