《核磁共振波谱法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《核磁共振波谱法（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、核磁共振波谱法1946年Bloch和Purcell分别领导两个 小组同时独立地观察到核磁共振，荣 获1952年诺贝尔物理奖。1991年诺 贝尔化学奖授予R.R. Ernst教授，以 表彰他对二维核磁共振理论及傅里叶 变换核磁共振的贡献。定义：用波长很长（1-100m ）频率很小，能量很低的射 频电磁波照射分子，引起磁 性原子核在外磁场中发生核 磁能级的共振跃迁从而产生 吸收信号。 核磁共振：原子核对射频电 磁波辐射的吸收第二节 基本原理 自旋运动：除了原子核中质子数和中 子数均为偶数的核以外其他核均可以 饶者某个轴做自身的旋转运动。自旋运动产生 自旋角动量p核的自旋引起 电荷的运动产生 磁矩矢
2、量 分类： I=0。质子数、中子数均为偶数。16 O；12 C；22 S等，无自旋，没有磁矩，不产生共 振吸收 I为半整数。质子数、中子数其一为奇数其 一为偶数。 I=1/2: 1H,13C,15N,19F,31P,37Se I=3/2:7Li,9Be,11B,33S,35Cl,37Cl I=5/2:17O,25Mg,27Al,55Mn (3)I为整数，质子数、中子数均为奇数 I=1:D,6Li,14N I=2:58Co I=3:10B自旋量子数（I）：描述核的自旋1/2的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。 I=1 或 I 1的原子核，核电荷分布可 看作一
3、个椭圆体； I=0的原子核 16 O；12 C；22 S等， 无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收自旋角动量P：式中：h为普郎克常数（6.631034Js）； 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核磁矩（） ： = p 方向服从右手法则为旋磁比 radT1s1，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；为磁矩，用核磁子 表示，1核磁子单位等于 5.051027JT1；二、自旋取向与核磁能级 空间量子化：原子核在定向的外磁场 中，核磁矩就会相对于外磁场发生定 向排列（原先简并的能级就会分裂成
4、 几个不同的能级）具有了明显的量子 化特征。m=-1/2m=1/20HE无外磁场时自旋取向数=2I+1取值：I,I-1,I-2-I+1,-I 分别代表原子核某个特定的能级状态每种取向磁量子数 （m）表示氢核（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 1/2;(2)与外磁场相反，能量高，磁量子数 1/2;m=-1/2, 高能态 取向与H0相反原子核在外加磁场中的自旋取向m=+1/2, 低能态 取向与H0相同每种取向对应核磁能级的能量：为核磁矩再磁场方向的分量为角动量在z轴上的分量Prm = -1/2m=1/2H0EE2=+m z H0E= E2 E1 = 2m z
5、 H0E1= m z H0以氢核1H为例E= 2 z H0H H0 0越大，越大， E E越大越大 能级的跃迁只能发生在相邻能级上，能级的跃迁只能发生在相邻能级上，m=1三、进动与共振 拉莫尔进动：当核磁矩方向与外磁场的方 向成一夹角时，磁矩矢量（自旋轴）在垂 直于外磁场的平面上饶外场轴做旋进运动 。 Larmor方程： =(/2)H0 外磁场越强，进动频率越高Howom角速度 = 2 = H0 磁旋比H0 外磁场强度 是核的特征常数，不同磁核有不同的值， 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 =2.67108 T-1S-10 = H0/(2
6、) = 100MHz13C核 =0.6721108 T-1S-10 = H0/(2) = 25MHz 如：在1.4092特斯拉的磁场,各种核的共振 频率为： 1H60.000 MHZ13C15.086 MHZ 19F56.444 MHZ 31P24.288 MHZ 对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度： 射频磁场强度 40 0.9400 60 1.4092 100 2.3500 200 4.7000 300 7.1000 500 11.7500核磁共振的条件在外磁场存在的同时，加上一个方向与 之垂直并且强度原小于远小于H0的射频交 变磁场，当交变磁场的频率与原子核拉摩 尔进动频率相同时，原子
7、核就会吸收磁场 的能量从低能态向高能态跃迁产生核磁共 振吸收。核磁共振的条件：核磁共振的条件： 核有自旋(磁性核) 外磁场,能级裂分; V=v0.所吸收的电磁波能量hv= E m=+-1,跃迁只能发生在相临能级。四、核的弛豫四、核的弛豫 自旋核在外磁场平衡时，处于不同能 级的核数目服从玻尔兹曼分布：例如，当H。=1.4092T，温度为27摄氏度时， 可以得到低能态（m=1/2)和高能态（m=-1/2) 的H核数比为：2 饱和和驰豫 饱和(saturated)低能态的核等于 高能态的核。弛豫(relaxtion)高能态的核以非 辐射的方式回到低能态 自旋晶格驰豫 自旋自旋驰豫自旋-晶格驰豫(纵向
8、弛豫)： 核与环境进行能量交换。体系能量降 低而逐渐趋于平衡。 被转移的能量在晶格中变为平动或转 动能，故称为纵向弛豫。 表示：弛豫时间T1高能态核寿命 的量度 影响因素：磁核的运动，即液体的流 动性。气、液的T1小，在一秒左右； 固体或黏度大液体T1很大。 测定核磁共振波谱时，采用液体式样自旋-自旋驰豫(横向弛豫) ：自旋体系内部、核与核之间能量 平均及消散,又称横向驰豫。体系 的总能量不变表示：T2气体、液体：1s左右，固体及 粘度大的液体：10-410-5s仍采用液体式样：固体共振吸 收峰宽。谱线宽度驰豫时间的关系 ：1、即谱线宽度与驰豫时间成反比2、取决于T1，T2中的最小者自旋-晶格驰豫(纵向弛豫)：自旋-自旋驰豫(横向弛豫)：核与环境进行能量交换。体系 能量降低而逐渐趋于平衡。自旋体系内部、核与核之 间能量平均及消散,又称 横向驰豫。体系的总能量 不变表示：弛豫时间T1表示：T2气、液的T1小，在一秒左右； 固体或黏度大液体T1很大。气体、液体：1s左右，固 体及粘度大的液体：10-4 10-5s液体式样液体式样对比
