第9章 核磁共振波谱法课件1.pptVIP

1. 在分子结构研究方面的应用 核磁共振波谱是研究分子结构的重要工具之一，可用来研究分子的立体结构（构型和构象）、互变异构、反应机理等。综合核磁共振波谱图中的各种信息，可以对物质的分子结构进行推断。 从化学位移可以推断各种质子的化学环境，如邻近基团的电子效应及空间效应等。从峰的分裂情况和耦合常数可以推断邻近质子的数目和种类。从各组吸收峰的相对积分面积可推断各类质子的比例或个数。 2. 在定量分析方面的应用 核磁共振波谱中峰的积分线高度与相应的质子数成正比，不仅可用于分子结构分析，而且还可用于定量分析。核磁共振波谱定量的最大优点是不需要引进任何校正因子，且不需要化合物的纯样品就可直接测出其浓度。 例如英国药典1988年版中规定庆大霉素用NMR法测定。更为重要的是，核磁共振在测定混合物中各组份的含量时更显出其优越性，尤其是一些平衡体系中各组分的定量，如酮式和烯醇式共存体系中各组分的定量。但由于仪器价格昂贵等缺点，该法不是常用的定量方法。 3. 在医药卫生方面的应用 由于核磁共振可深入物体内部，且具有不破坏样品的特点，因此在原位、在体、实时、无损、活体分析方面有广泛的应用前景。如活性酶的结构、病变组织与正常组织的鉴别、药物与受体之间的作用机制等， 尤其是以1HNMR基本原理为基础发展起来的磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI），在临床诊断中既能提供类似X射线断层扫描（CT）的纵向截面图，又不产生辐射损伤，已成为许多大医院的常规诊断设备。 除了1H以外，自然界中还有100多种同位素的核具有磁矩，也可以用NMR方法进行研究。但迄今为止，只研究了其中少数几种核的共振行为。 第九章 核磁共振波谱法 在外磁场作用下，某些有磁矩的原子核能产生核自旋能级分裂。当用一定频率的电磁辐射照射分子时，如果其能量大小刚好等于某原子核相邻两个核自旋能级的能量差，则原子核将从低自旋能级跃迁到高自旋能级，这种现象称为核磁共振（nuclear magnetic resonance）。 第一节 概述 以核磁共振信号强度对照射频率（或磁场强度）作图，所得图谱即为核磁共振波谱（nuclear magnetic resonance spectrum，NMR）。利用核磁共振波谱对物质进行定性、定量及结构分析的方法称为核磁共振波谱法。 自旋量子数I≠0的原子核有自旋现象。其中I＝1/2的核，核电荷呈球形均匀分布于核表面，如1H、13C、15N、19F、31P等，它们的核磁共振现象较为简单，是核磁共振研究的主要对象。目前研究和应用最多的是1H和13C的核磁共振波谱。下面以1H即质子为例介绍核磁共振的基本原理。 第二节 基本原理 原子核由于自旋而具有磁性，质子自旋时产生一个微小磁场，就像一个小磁铁一样。在外加磁场的作用下，它将有两种排列方式：一种是其磁场方向与外加磁场方向相同，另一种是其磁场方向与外加磁场方向相反。 这两种排列方式分别相应于它的低能级和高能级。当质子吸收能量后，就会从低能级跃迁到高能级，这种能量的吸收和其它吸收光谱一样也是量子化的。两个能级的能量差为 磁感应强度 磁旋比 B0的单位为T（特斯拉，Tesla），γ的单位为T-1·s-1。每种核都有其特定值，质子的为2.68×108。 用电磁波照射处于外磁场中的质子，当电磁波的能量（E = hv0）恰好等于两能级的能量差时，自旋核就会吸收能量从低能级跃迁至高能级，这种现象称为核磁共振。这时 质子发生核磁共振吸收电磁波的频率，即共振频率为 例如，在外磁场B0 = 4.69 T的超导磁体中，质子的共振频率为 无线电波区（射频去） 由式 可知，要获得NMR谱，可有两种方式：一种是固定磁感应强度B0，连续改变电磁波频率v0进行扫描达到共振条件，称为扫频；另一种是固定电磁波频率v0，连续改变磁感应强度B0进行扫描达到共振条件，称为扫场。 核磁共振波谱仪的种类和型号很多，但仪器的结构和组成基本相同，一般由强磁场、磁场扫描发生器、射频振荡器、探头、射频接受器和记录处理系统等组成。其工作原理如下 第三节 核磁共振仪 将装有试样的样品管插入处于两磁极的探头中央。样品溶液应为不粘滞液体，固体样品可用非质子溶剂（如CCl4、CS2）或氘代溶剂（如D2O、CDCl3）溶解配成溶液。测定时，利用高速气流使样品管均匀快速旋转，使样品感受的磁场均匀。绕在磁铁两极上的扫描线圈， 在磁场扫描发生器的控制下，可在一定范围内连续改变磁场强度。射频振荡器产生一定频率的电磁波，以用来激发核。