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第四章核磁共振波谱
(Nuclear Magnetic Resonance Spetroscopy, NMR)
一、教学目的与要求
掌握核磁共振的概念及产生的条件;了解
原子核的基本属性和磁性核在外磁场中的行为;
理解驰豫的产生的原因及分类;理解化学位移
的产生及意义;理解自旋-自旋耦合的产生和
作用;了解核磁共振谱仪的分类;掌握核磁共
振氢谱中影响化学位移的因素及影响规律;掌
握耦合作用的一般规则;掌握核磁共振碳谱化
学位移的影响因素及规律。
、授课主要内容
第一节核磁共振波谱的基本原理
第二节核磁共振谱仪简介
第三节核磁共振氢谱
第四节核磁共振碳谱
三、学习重点及难点分析
重点:核磁共振的产生条件;化学位移和自旋自旋
耦合作用对核磁共振的影响规律;核磁共振氢谱和
碳谱中影响化学位移的因素分析;耦合作用的规律。
难点:对核磁共振氢谱和碳谱的实际谱图进行分析。
核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受
到相应频率(兆赫数量级的射频)的电磁波作
用时,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象
第一节核磁共振波谱的基本原理
一、核磁共振现象的产生
1、原子核的基本属性
1)原子核的质量和所带电荷一是原子核的最基本属
性。
2)原子核的自旋和自旋角动量—量子力学中用自旋
量子数描述原子核的运动状态。
各种核的自旋量子数
质量数质子数中子数自旋量子数典型核
偶数偶数偶数
0
12C,160,32s
偶数奇数奇数n/2(n=24.)2H,N
奇数偶数奇数n/2(n=1,351c,ro,H1F1N,
奇数偶数
11B,34c,Br,81Br
l=0,非自旋球体,无核磁共振现象;
1=1,2,3,3/2,5/2.….旋椭球体;
1=1/2,自旋球体
原子核自旋时产生的角动量P=N
√(+1)=h√I(+1)
P在直角坐标系z轴上的分量P2=,nm=Mm
m:原子核的磁量子数。可取l-1,-2.-4,共2+1个不连续的值。
3)原子核的磁性和磁矩
核磁矩M=gx·
32V(+1)=8V1(+1)
g称为g因子或朗德因子,是一个与核种类有关的因数;
mp为核的质量;
从=动h/2m,称作核磁子,是一个物理常数
核磁矩的方向与P方向重合,在z轴上的分量为2=8NN
4)原子核的磁旋比
磁旋比
ll e8n 8NA
P2m1p方
是原子核的基本属性之一,核的磁旋比越大,核的磁性越强。
2、磁性核在外磁场(B)中的行为
1)原子核的进动
当磁核处于一个均匀的外磁场B中,核因受到B产生的磁
场力作用围绕着外磁场方向作旋转运动,同时仍然保持本
身的自旋。这种运动方式称为进动或拉摩进动。
重力轴
B(外磁场)
伯旋轴
p(核磁矩)
旋转的陀螺
女核磁矩)
进动圆频率:O=y·B0
进动线频率:t
B
2兀
2)原子核的取向和能级分裂
磁核在外磁场中具有的能量:
E=-u. Bo=-uBo CosB=-1, Bo=-8NuNmBo
(:p与B的夹角)
■取向为m=12的核,磁矩方向与B方向一致,其能量为
8NunB
■取向为m=12的核,磁矩方向与B相反,其能量为:
-1/2
nabO
4丌
AE=Em2-Emr-gnun Bo=hbO
YhB
ΔE
△E
E
B
B
l=1/2的磁核能级与外磁场B的关系
m=1/2的核进动方向为逆时针,
m=1/2的核进动方向为顺时针
3、核磁共振产生的条件
当外界电磁波提供的能量正好等于相邻能级间
的能量差时,核就能吸收电磁波的能量从较低
能级跃迁到较高能级,被吸收的电磁波的频率
为:
△E
B
h
计算:B=235T时,H的吸收频率?13c的吸收频率?
100MHz~252MHz——射频(无线电波)部分
外磁场的存在是核磁共振产生的必要条件
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