核磁共振課件(已修改)
2025-08-27 22:25 本頁面
【正文】 17:11:39 第 7章 核磁共振分析 (nuclear magic resonance spectroscopy： NMR ) 核磁共振波譜 1H核磁共振波譜 核磁共振譜在材料分析中的應用 17:11:39 核磁共振波譜 核磁共振基本原理 nuclear magic resonance theory 核磁共振波譜儀 nuclear magic resonance spectrometer 17:11:39 ??（ 1）原子核帶有正電，自旋時產(chǎn)生磁場，具有 磁矩 （ 2）在很強的 外磁場 中， 具有核磁矩 的原子核產(chǎn)生 磁能級分裂 ，分裂成兩個或更多的量子化能級 （ 3）用一個能量恰好等于分裂后相鄰能級差的電磁波照射，該核就可以吸收此頻率的波，發(fā)生能級躍遷，從而產(chǎn)生 特征的 NMR 吸收。 這就是核磁共振的基本原理。 ?? 核磁共振基本原理： 17:11:39 1. 原子核的自旋（ atomic nuclear spin ） （ 3） 只有自旋量子數(shù)（ I） 不為零的核具有磁矩 （ 1）一些原子核像電子一樣存在自旋現(xiàn)象，因而有自旋角動量： P = [I(I+1)]1/2 I 為自旋量子數(shù)， h2?（ 2）由于原子核是具有一定質(zhì)量的帶 正電 的粒子，故在自旋時會產(chǎn)生 核 磁 矩： ? = ? P ?與 P方向平行， ? 磁旋比， 不同的核具有不同的 磁旋比，它是磁核 一個特征（固定）值。 ??z軸 17:11:39 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, NFC 8171735511,25,23OIClBI == 偶數(shù) 偶數(shù) 0 1632816612, SOC 偶數(shù) 奇數(shù) 1 ， 2 ， 3 …… 51071412,3,1 BINHI ?= 原子核存在自旋，核磁矩不為零， 能與外加磁場相互作用，發(fā)生能級分裂，用于核磁共振分析 具有磁矩的核： P ? ?o 17:11:39 討論 : (1) I=1 或 I 1的原子核 I=1 ： 2H， 14N I=3/2： 11B， 35Cl， 79Br， 81Br I=5/2： 17O， 127I (2)Ｉ ＝ 1/2的原子核（重點研究對象） 1H， 13C， 19F， 31P 共振吸收復雜 ，研究應用較少 ； C， H也是有機化合物的主要組成元素。 17:11:39 氫核（ I=1/2）， 核磁矩不為零，在外磁場作用下繞磁軸轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生能級分裂，分裂能級可用磁量子數(shù) m表示。 m可以取值： I， I－ 1….. － I，外磁場方向有（ 2I+1） 種能級。 ： （以氫核為例） P ? ?o H 0 17:11:39 P ? ?o H 0 (1)與外磁場平行，能量低，磁量子數(shù) ｍ ＝ I＝＋ 1/2。 (2)與外磁場相反，能量高，磁量子數(shù) ｍ ＝－ I＝ － 1/2。 自旋角動量 P在外磁場的分量為： Pz＝ m h2?分裂的能級為： E =－ uz H0＝－ m （ h/2 ?） ? H0 ? 磁旋比 ； H0外磁場強度 17:11:39 ? E= E2 － E1 = （ h/2 ?） ? H0 發(fā)生核磁共振時： ? E= h ?0 1H ? E E1 =－ （ h/4 ?） ? H0 E2 =+ （ h/4 ?） ? H0 P H 0 共振頻率 ?0 = （ 1/2 ?） ? H0 由此可見，核磁共振吸收頻率僅和外磁場強度、核自身的磁旋比相關(guān) 17:11:39 （ 1） 在相同 H0 下，不同的核，因 磁旋比 不同，發(fā)生共振的頻率不同，可以鑒別各種元素及同位素。 例如，在 T 的磁場中， 1H 的共振頻率為 100 MHz ，13C 的為 25 MHz 只是氫核的 1/4， 總結(jié) （ 2）對同一種核， ? 一定，當 H0 不變時，共振頻率不變；當 H0 改變時，共振頻率也隨之而變。 例如，氫核在 T 的磁場中，共振頻率為 60 MHZ ， 而在 T 時，為 100 MHZ。 17:11:39 （ 3）核磁共振產(chǎn)生的條件 ① 核有自旋 (I不為零 ) ② 有外磁場 ,能級裂分 。 ③ 輻射頻率與能級差相等。 ?0 = H0 ? / (2? ) 17:11:39 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。
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