核磁共振整理.docVIP

核磁共振波谱 基本原理：核磁共振波谱（NMR）是吸收光谱的一种形式。用无线电波（10～100m）照射分子，引起的具有磁性的原子核自旋能级的跃迁，即核磁共振。核磁共振波谱是测量原子核对射频辐射（4～600MHz）的吸收，这种吸收只有在高磁场中才能产生。 四大光谱：UV、IR、NMR、MS UV：是否含有发色团、助色团 IR：具有何种官能团 MS：分子量，结构碎片 NMR：结构解析的主要手段 一、原子核的自旋 原子核是带正电荷的粒子，有自旋现象，因而具有自旋角动量以及相应的自旋量子数。在自旋时会产生核磁矩。 自旋角动量P: 式中：h为普郎克常数（6.63×10?34J·s）； I为自旋量子数，与原子的质量数及原子序数有关。（I=0, 1/2, 1, 3/2, 2, 5/2, ……）。 不为零的核都具有磁矩 自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系见表： 质量数A 原子序数Z　 I　 NMR　　 原子核 偶数　　 偶　 　 0　　 无　　　12C6 O832S16 　　　　　　　　　 奇数　 奇或偶　 ? 有 1H113C619F915N731P15 奇数　 奇或偶　3/2,5/2 …　 有　 17O8，33S16 偶数　　 奇　 　1,2,3　　有　　　 2H1，14N7 讨论: (1) I=0的原子核 16 O；12 C；22 S等，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收 (2) I=1 或 I 1的原子核，核电荷分布可看作一个椭圆体；I=1：2H，14N， I=3/2：11B，35Cl，79Br，81Br；I=5/2：17O，127I (3)Ｉ＝1/2的原子核，1H，13C，19F，31P 原子核可看作核电荷均匀分布的球体，是核磁共振研究的主要对象，C，H。 ●凡I值非零的原子核即具有自旋角动量P，也就具有磁矩μ，μ与P之间的关系为： 　　　　　　　 μ = γ p 　　　　　　　 式中：γ为旋磁比rad·T?1·s?1，即核磁矩与核的自旋角动量的比值，它是磁核的一个特征值；μ为磁矩，用核磁子表示，1核磁子单位等于5.05×10?27J·T?1； 二、原子核在外磁场中的行为 1.原子核在外磁场中的自旋取向与能级分裂 ●当置于外磁场H0中时，相对于外磁场， 有：自旋取向数=2I+1， 自旋取向 m=I, I-1……,-I —分别代表原子核某个特定的能级状态 ●氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）： (1)与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2; (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2 原子核在外加磁场中的自旋取向:m=-1/2, 高能态取向与H0相反; m=+1/2, 低能态取向与H0相同 核动量矩及磁矩的空间量子比: 当空间存在着静磁场，且其磁力线沿z轴方向时，根据量子力学原则，原子核自旋角动量在z轴上的投影只能取一些不连续的数值： 原子核磁矩在z轴上的投影： 磁矩和磁场H0的相互作用能为 能级的跃迁只能发生在相邻能级上，?m=±1 ,?E= 2μ z H0 H0 越大， ⊿E越大 2.原子核的进动 发生自旋取向的原子核，自旋取向与H0成一定的夹角 在H0作用下，核磁距将进行进动，称为拉莫尔进动 (lamor procession)。频率n=(γ/2π)H0,则角速度w = 2pn = gH0,g 磁旋比；H0 外磁场强度 三、核磁共振条件 对于氢核，能级差： DE =2mzH0 （m磁矩） 产生共振需吸收的能量：DE = 2mzH0 = h n0 由拉莫进动方程：w = 2pn =gH0 ; 共振条件： n0 = g H0 / (2p ) 共振条件: (1) 核有自旋(磁性核)(2)外磁场,能级裂分; (3)照射频率与外磁场的比值V0 / H0 = g / (2p ) g 是核的特征常数，不同磁核有不同的g值，因此在同一外磁场中，不同的磁核的共振频率是不同的。例如，当H0 =2.35T时， 1H核 g=2.67×108 T-1S-1 n0 = gH0/(2p) = 100MHz 13C核 g=0.6721×108 T-1S-1 n0 = gH0/(2p) = 25MHz 四、能级分布与弛豫过程 1、 Boltzmann分布 NMR是大量原子核的行为 在一定温度下，处于高、低两能态核的数目会达到一个平衡,即 Boltzmann平衡 在绝对温度0度时，全部核处于低能态 在无磁场时，二种自旋取向的几率几乎相等 T=300K，对1H核而言