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有机合成核磁共振解析教程第1页/共152页 2023年6月30日2核磁共振 : 简介核磁共振或简称NMR是一种用来研究物质的分子结构及物理特性的光谱学方法.它是众多光谱分析法中的一员. 其它的分析方法: 电子自旋共振 (ESR/EPR) 红外光谱学 (IR) 质谱学 (MS) 色谱学 (LC/GC/HPLC) X-ray (SCD/XRF/XRD)核磁共振成像 或称MRI 已经频繁的使用在医院的疾病的诊断中.第2页/共152页 2023年6月30日3核磁共振 : 简介虽然一小部分核磁共振仪器在工业上被用来做质量控制,但核磁共振仪器现大部分仍局限在实验室使用.应用范围: 结构确定 Structure Determination 化学鉴定 Chemical Identification 聚合物特性测定 Polymer Characterization 药品开发 Drug Development 催化研究 Catalysis用户: 化学公司 Chemical Companies 药剂化学 Pharmaceutical Companies 石油化工 Petrochemical Industry 高分子材料Polymer Industry 大学 Universities 医院 Hospitals第3页/共152页 2023年6月30日4核磁共振 : 简介核磁共振研究的材料称为样品. 样品可以处于液态,固态. 众所周知,宏观物质是由大量的微观原子或由大量原子构成的分子组成, 原子又是由质子与中子构成的原子核及核外电子组成.核磁共振研究的对象是原子核.一滴水大约由1022分子组成.HCHHmmm (10-6m)nm (10-9m)A (10-10m)第4页/共152页 2023年6月30日5核磁共振 : 简介具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩, 例如象1H, 31P, 13C, 15N 等原子核.磁矩是一矢量.如果含有此类核的物质置放于磁场中,原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场.与外磁场同向和反向的磁矢量符合Boltzmann分布.在数量上同向与反向的差别很小,但正是这一微小的差别造就了核磁共振光谱学.B0M单位体积内原子核磁矩的矢量和定义为宏观磁化强度矢量 M (macroscopic magnetization.其方向与外磁场方向相同第5页/共152页 2023年6月30日6在磁场中,原来简并的能级分裂成不同的能级状态.如果用适当频率的电磁辐射照射就可观察到核自旋能级的跃迁.原子核能级的变化不仅取决于外部磁场强度的大小及不同种类的原子核,而且取决于原子核外部电子环境.这样我们就可获得原子核外电子环境的信息.宏观上讲,当用适当频率的电磁辐射(RF)照射样品,宏观磁化强度矢量从Z-轴转到X或Y轴上.通过接受器,傅立叶转换就得到核磁共振谱图.核磁共振 : 简介B0MB0MRF 脉冲接收器ReceiverFTS(t)S(w)第6页/共152页 2023年6月30日7核磁共振 : 简介样品: 非磁性及非导电灵敏度: 样品需含? 1015 原子核 溶液固体Solids600 MHz成像NMR第7页/共152页 2023年6月30日8核磁共振 : 简介Larmor 频率化学位移自旋-自旋偶合e.g. B0=11.7 T, w(1H)=500 MHz w(13C)=125 MHz化学位移 ~ B0 ? kHz自旋-自旋偶合? Hz-kHz第8页/共152页 2023年6月30日9核磁共振 : 简介Information:Larmor 频率 原子核化学位移: 结构测定(功能团)J-偶合: 结构测定(原子的相关性)偶极偶合: 结构测定 (空间位置关系)弛豫: 动力学 1H13CCH3C=CH-HHCCCHHHHDJHHHCJCHCC=CCH3第9页/共152页 2023年6月30日10核磁共振 : 简介分辨率可通过提高外磁场强度和增加谱图的维数而提高. nD NMR (n=2,3,4)1D 谱2D (轮廓图)第10页/共152页 2023年6月30日11NMR 谱仪FMAudio反馈600谱仪第11页/共152页 2023年6月30日12NMR 谱仪600 MHz磁体探头机柜RF 产生RF 放大信号检测数据采集控制 数据信息交流运行控制磁体控制前置放大器计算机数据储存;数据处理;总体控制.第12页/共152页 2023年6月30日13NMR 谱仪:机柜AQX(Digital)CCUTCUFCURCUVT unitBSMSshimlockCCUAQRASURouterACBADCRX22AmplifierAmplifierPTS第13页/共152页 2023年6月30日