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第六章核磁共振波谱法
„ 将自旋核放入磁场中,用适宜频率的电磁
波照射,它们会吸收能量,发生原子核能
级的跃迁,同时产生核磁共振信号,得到
核磁共振谱,这种方法称为核磁共振波谱
法。(NMR, nuclear ic
resonance spectroscopy)
基本原理
核的自旋
μ= γ⋅ P
h
P = I()I + 1
I=0 ,无自旋 2π
1 13 15 19 31
I=1/2,主要原子核有 1 H, 6 C, 7 N, 9 F,15 P
(核电荷呈球形分布于核表面,核磁共振现象较为简单)
自旋核在磁场中的行为
h
P = m
Z 2π
m = I, I − 1, I − 2,⋅⋅⋅,−I (2I + 1)个
m
cosθ=
I(I + 1)
β
mμ
E = − B
I 0
1 1
1 H在外磁场中只有 m = + 及m = −两种取向
2 2
1
B
1 mμ 0
m = + 时 E = − B = − 2 = − B
1 β 0 0
+ μβ
2 2 I 1
2
1μβ
− B
1 mμ 0
m = −时 E = − B = − 2 = + B
1 0 0
−
Δ 2 1
2 βI μβ
2
E = E − E = 2 B
1 1 μβ 0
−+
2 2 μβ
ΔμβB
一般地, E = 0 ( 相邻两能级之差)
I
核磁共振
„ 讨论:
hν= ΔE (1)同一核,μ一定, β、h为
ν B0 常数, ν与B 成正比;
μβ= 0
Ih
(2)不同核,同时放入B0的磁场
β: ×10−27 J ⋅T −1
中, μ大, ν就大,反之亦
μ: 磁矩
然;
(3)不同核,固定ν, μ大,
B0小,反之亦然。
在NMR中的弛豫过程
„ 若处于高能级的核数目和低能级的核数目很
快趋于相等,则不再有净的吸收,NMR信号将
完全消失,即“饱和”,所以需要有一个弛
豫过程:核将其获得的能量释放到周围环境
中去,使核从高能态降到低能态。
„ 自旋-晶格弛豫、自旋-自旋弛豫
核磁共振波谱仪
连续波核磁共振仪
1. 磁铁:提供强、均匀、稳定的磁场
永久磁铁、电磁铁、超导磁铁
2. 探头:检测NMR信号
试样管、发射线圈、接受线圈、预放大单元
3. 波谱仪:
射频源和音频调制
扫描单元:扫频、扫场
接收单元
信号累加
脉冲傅里叶核磁共振仪
„ 多道发射多种频率
„ 不同化学环境的核同时共振
„ 多道接收