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第三章核磁共振谱(NMR)
第三章核磁共振谱
(Nuclear ic Resonance Spectroscopy NMR)
一、基本原理 n = (2m/h) ×Ho (共振条件)
二、屏蔽效应
起因于核外电子的屏蔽作用( 顺磁屏蔽、抗磁屏蔽)
三、化学位移 不同类型 H d 不同
四、自旋-自旋偶合
峰的裂分,起因于邻近H的干扰(n+1)
五、图谱解析与应用
核磁共振是以强外磁场中(1-12Tesla,1tesla=104gauss),样品分子中的某些具有磁性的原子核(I=1/21H, 13C, 15N,19F,13P)体系成磁化矢量,用垂直于强外磁场的射频电磁场照射样品时,将使满足共振条件的磁性原子核吸收电磁波产生核能级的跃迁,相应的磁化矢量偏离并围绕外磁场方向产生进动,从垂直于强外磁场的感应线圈中产生与磁性核特征和化学结构信息相应的电磁感应共振信号的现象。
第一节基本原理
第一节基本原理

(氢)原子核是带电的粒子,自旋会沿着它的自转轴产生一个微小的磁场,它本身就好象一个小磁铁。
它有磁矩,此磁矩在空间取向是任意的。
Nuclear ic
dipole moment
caused by
spinning nucleus
Direction of spin
of hydrogen
nucleus
+
核自旋角动量ρ是量子化的
:(1)偶-偶核(质子数和中子数均为偶数)自旋量子数为I=0. 例如:12C、16O、32S(没有自旋角动量)(2)奇-偶核(质子数和中子数一个为奇数,一个为偶数)自旋量子数为半整数I=1/2、3/2、5/2……例:1H、13C、15N、17O、19F、35Cl....(3)奇-奇核(质子数和中子数都为奇数)自旋量子数为整数1、2……例:2H、14N…
(h为谱朗克常数, I取0、1/2、1、3/2……等值)
原子核可近似为表面带电荷的球体,绕核自旋时,,
原子核的磁矩与角动量成正比: μ=
γ-磁旋比,核磁矩与核自旋角动量的比值
磁性核在外加磁场中的自旋取向数不是任意的,
自旋取向数=2I+1
每个取向代表某个特定能级状态,
用磁量子数m表示.
m=I,I-1……I.
核磁矩在外加磁场中的取向数:
m-1/2
m+1/2
1H、13C核I=1/2,取向数为2,
m=-1/2, +1/2
对应的能量为:
E 1 =-μH0(低能态),
E 2 =+μH0, (高能态)
H0为外加磁场的强度,T(tesla)
μ原子核的磁矩
△E= 2μH0
核由低能级向高能级跃迁时需要的能量△E与外加磁场强度H0及核磁矩μ成正比
I=1/2
E
其他原子核的自旋
1、原子核的质量数(A)和质子数(Z)都为偶数时, 原子核作为整体没有自旋(自旋量子数I=0)。如: AXZ 12C6 16O8
2、A 和/或 Z为奇数时,原子核有自旋,I≠0. 如:
1H1 2H1 13C6 14N7 19F9 31P15
对于1H1 和 13C6 ,I=1/2。在外磁场的取向有 2I+1=2种。
1HNMR ——> 研究有机物中H的类型.
MR ——> 用于研究有机物骨架。
31PNMR ——> 用于研究细胞代谢和核酸结构。

自旋氢核在外磁场中发生进动(procession)。进动有两种取向:同向(平行)和反向(反平行),平行状态较稳定。
With applied ic field: more stable
Against applied ic field : less stable
a
b
这两种取向的能差很小(~), ~30m的无线电波。
D E=mHo-(-mHo)=2mHo
m为核磁矩, mH=+
不同的核,核磁矩各异(P83)
H0