第六章 - NMR光谱.ppt

§6-1、概述 §6-2、NMR基本原理 §6-3、自旋耦合与自旋分裂 §6-4、NMR仪器 §6-5、 1HNMR谱图解析 §6-6、核磁共振在生物科学中的主要应用 ;1、发展历史 2、概念 3、核磁共振波谱法的特点 ;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Purcell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； 1953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）。;（1）、NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)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???之一，有时亦可进行定量分析。 （2）、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25?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——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） （3）、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。 ;（1）、核磁共振波谱法是结构分析最强有力的手段之一，因为它把有机化合物最常见的组成元素氢(氢谱)或　碳(碳谱)等作为“生色团”来使用的，因此它可能确定几乎所有常见官能团的环境，有的是其它光谱或分析法所不能判断的环境，NMR法谱图的直观性强，特　别是碳谱能直接反映出分子的骨架，谱图解释较为　容易。 （2）、有多种原子核的共振波谱(除了常用的氢谱外，　还有碳谱，氟谱，磷谱等)，因此，扩大了应用范围，　各种谱之间还可以互相印证。;（3）、可以进行定量测定，因而也可以用于阻碍化学反　应的进程，研究反应机理，还可以求得某些化学过　程的动力和热力学的参数。 （4）、该法的缺点是：因有的灵敏度比较低，但现代高　级，精密的仪器可以使灵敏度极大的提高；实际上　不能用于固体的测定，仪器比较昂贵，工作环境要　求比较苛刻，因而影响了基应用的普及性。 ;１、原子核的基本属性 ２、在恒定外磁场中原子核的行为 ３、能级分布与弛豫过程 ４、化学位移 ５、不同类别1H的化学位移;1、原子核的基本属性：;? ;? ;a) 并非所有的核都有自旋，或者说，并非所有的核会在外加磁场中发生能级分裂！当核的质子数 Z 和中子数 N 均为偶数时，I=0 或 P=0，该原子核将没有自旋现象发生。如12C，16O，32S等核没有自旋。 b) 当 Z 和 N 均为奇数时，I=整数，P?0，该类核有自旋，但NMR 复杂，通常不用于NMR分析。如2H，14N等 c) 当 Z 和 N 互为奇偶时，I=半整数，P?0，可以用于 NMR 分析，如1H，13C。; ※ 原子核的自旋与核磁矩; ;磁矩 ? 的大小与磁场方向的角动量 P 有关： （? 为磁旋比） 每种核有其固定? 值（H核为2.68×108T-1s-1)。;原子核的自旋角动量为： 在Z轴上的分量为： ;第六章 核磁共振波谱法 §6-２ NMR基本原理;※ 在恒定外磁场中，原子核的行为：;旋转的原子核，一方面在自旋，另一方面由于外磁场的作用而绕磁场方向旋转，这种运动方式就是进动（又叫Lamor进动）。; 对氢核来说，I=1/2，其m值只能有2?1/2+1=2个取向：+1/2和-1/2。也即表示 H 核在磁场中，自旋轴只有两种取向，能级发生裂分： 与外加磁场方向相同，m=+1/2，磁能级较低 与外加磁场方向相反，m=-1/2，磁能级较高?;第六章 核磁共振波谱法 §6-２ NMR基本原理; ; 两个能级的能量分别为： 两式相减： 又因为原子核从低能级跃迁到高能级需要吸收的能量为： ;所以， 即， H0 的单位为特斯拉(T,Kgs-2A-1),1T=104 Gauss 也就是说，当外来射频辐射的频率满足上式时就会引起能级跃迁