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第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法
核磁共振(Nuclear ic Resonance, NMR)和电子顺磁共振(Electron ic Resonance, EPR)与UV和IR相同,也属于吸收波谱。EPR又称为电子自旋共振谱(Electron Spin Resonance, ESR)。
NMR和EPR是将样品置于强磁场中,然后用射频源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能级的共振跃迁;而ESR是使未成对的电子产生自旋能级的共振跃迁。
第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法
NMR
ESR
研究对象
具有磁矩的原子核
具有未成对电子的物质
共振条件式
磁子/J/T
称为核磁子,
1H的=×10-27
称为玻尔磁子,
电子的=×10-24
g因子
(又称朗德因子,无量纲)
氢核1H的g因子为
gN=
自由电子的g因子为
ge=
结构表征的主要参数
耦合常数J,单位Hz;化学位移,常用单位ppm
超精细分裂常数,常用单位特斯拉
常用谱图
核吸收谱的吸收曲线和积分曲线
电子吸收谱的一级微分曲线
核磁共振波谱
NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收,它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一,有时亦可进行定量分析。
在强磁场中,原子核发生能级分裂(能级极小:,磁能级差约为2510-3J),当吸收外来电磁辐射(109-1010nm, 4-900MHz)时,将发生核能级的跃迁——产生所谓NMR现象。
核磁共振波谱
测定有机化合物的结构,1HNMR──氢原子的位置、环境以及官能团和C骨架上的H原子相对数目)
与UV和红外光谱法类似,NMR也属于吸收光谱,只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。
射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)——吸收──能级跃迁──NMR
核磁共振波谱
核磁共振的基本原理
1 原子核的磁矩和自旋角动量
带电原子核自旋→自旋磁场→磁矩(沿自旋轴方向)
磁矩的大小与磁场方向的角动量 P 有关:
=P (为磁旋比)
每种核有其固定值(×108T-1s-1)。是以核磁子为单位, =×10-27J·T-1。
核磁共振波谱
核磁共振的基本原理
1 原子核的磁矩和自旋角动量
产生核磁共振的首要条件是核自旋时要有磁矩产生,即I为0的原子核如12C和16O等,没有磁矩。
自旋角动量是量子化的,其状态是由核的自旋量子数I所决定。I的取值为0,1/2,1,3/2等。
核磁共振波谱
核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
核磁共振波谱
核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
核磁矩在磁场中的取向数可用磁量子数m来表示,m=2I+1,即原来简并的能级分裂成(2I+1)个能级。每个能级的能量为:
H为磁矩在外磁场方向的分量。
核磁共振波谱
核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
(I=1/2)
核磁共振波谱
核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
只要外加的射频能量符合下式:
就能产生核量子态间的能级跃迁。
低能级的核吸收射频波跃迁到高能级,产生核磁共振吸收,此时,射频波的频率和外磁场强度成比例。