核磁共振1

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1、核磁共振波谱法(NuclearMagneticResonanceSpectroscopy,NMR)NMR简介1.一般认识NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequencyRadiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能级差约为2.5×10-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm,4-900MHz)时，将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR现象。射频辐射

2、——原子核(强磁场下能级分裂)——吸收─能级跃迁──NMR测定有机化合物的结构，1HNMR──氢原子的位置、环境以及官能团和C骨架上的H原子相对数目）与UV-Vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。2.发展历史1924年：Pauli预言了NMR的基本理论，即，有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂；1946年：Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖；195

3、3年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨NMR仪；1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。1970年：Fourier(pilsed)-NMR开始市场化（早期多使用的是连续波NMR仪器）。第一节NMR基本原理一.原子核的自旋运动有些原子核会有自旋现象。原子核自旋运动的描述:（一）自旋量子数（I）自旋量子数：描述原子核自旋运动的量子数1、质子数、中子数均为偶数如12C6、16O8、32S16等，I=0，无自旋现象，无核磁共振，核电荷呈球形分布2、

4、质子数、中子数均为奇数如：14N7、2H1、10B5等，I=1、2、3正整数，有自旋现象，核电荷呈伸长的椭球形分布3、质子数和中子数一为奇数，另一为偶数⑴如1H1、13C6、19F9、31P15等，I=1/2，有自旋现象，核磁共振现象较为简单——核磁共振的主要研究对象⑵如11B5、35Cl17、37Cl17、79Br35、33S16等，I=1/2的奇整数倍，核电荷呈扁平的椭球形分布，有核磁共振现象。（二）核磁矩（μ）自旋角动量（p）：原子核自旋，必定具有一定的角动量原子核是带电的粒子，自旋时将产生磁矩，方向服从右手定则

5、大小与自旋角动量成正比μ=γpγ为比例系数，磁旋比二、空间量子化无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向用磁量子数（m）表示每一种取向m=I，I-1，I-2…-I+1，-I以氢核1H1（I=1/2）为例m的取向=2I+1=2m=1/2和m=-1/22H1（I=1），m的取向=3，m=1，0，-1核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的——空间量子化核磁矩在磁场方向Z轴上的分量取决于角动量在Z轴上的分量（PZ）三、原子核的共振1、进动进动的频率2、能级分裂无外加磁场，核无序排列，不同

6、自旋方向的核不存在能级分裂有外加磁场时，对于I=1/2的核核磁矩分裂为：m=1/2，顺，α自旋态，低能m=-1/2，逆，β自旋态，高能能量m=1/2，m=-1/2，⑴υ0（照射）=υ（进动）在外磁场中若使核发生自旋能级跃迁，则吸收能量（υ0）必须等于两裂分能级之间的能量差△E即因此，υ0=υ，即照射频率等于进动频率，称之为共振吸收⑵△m=±13、共振吸收的条件激发核通过非辐射途径损失能量而恢复至基态的过程——驰豫过程1、驰豫过程是保持磁信号的固有强度的必不可少的过程原子核不同于紫外、红外：紫外、红外——大多数处于基态原

7、子核——服从Bolzmann分布Bolzmann分布定律K为Bolzmann常数27℃，H0=1.4092T时，n+/n-=1.0000099即一百万个质子中，α自旋态比β自旋态质子的数目大约多10个左右2、弛豫方式弛豫决定处于高能级核寿命。弛豫时间长，核磁共振信号窄；反之，谱线宽。弛豫可分为纵向弛豫和横向弛豫。四、弛豫过程(RelaxationProcess)核磁共振：原子核在磁场中吸收一定频率的无线电波而发生自旋能级跃迁的现象。NMRSpectrum：核磁共振信号对照射频率（或磁场强度）作图，所得图谱核磁共振波谱与

8、UV、IR光谱的区别1、跃迁不同2、测定方法不同五、核磁共振的相关定义1、定性2、定量3、物理化学六、应用七、核磁共振光谱共振峰的频率——峰强度谱图提供四方面信息1、共振峰的位置2、峰的裂分3、峰的面积4、峰的形状分类：按磁场来源：永久磁铁、电磁铁、超导磁铁按照射频率：60MHz、90MHz、200MHz…………..按扫描方式：连