第十一章核磁共振波谱分析PPT.ppt

第十一章 核磁共振波谱分析法; 1924年Pauli预言了NMR的基本理论：有些核同时具有自旋量子数和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂； 1946年，美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell) 各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年共享了Nobel奖； 核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR) 指自旋磁矩不为零的原子核，在外磁场中，其核能级将发生分裂。若有一定频率的电磁波作用于它，分裂后的核能级之间将发生共振跃迁的现象。; 1944年 I.Rabi 1952年 F.Block 1952年 E.M.Purcell 1955年 W.E.Lamb 1955年 P.Kusch 1964年 C.H.Townes 1966年 A.Kastler 1977年 J.H.Van Vleck 1981年 N.Bloembergen 1983年 H.Taube 1989年 N.F.Ramsey 1991年 R.R.Ernst;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。 核磁共振的方法与技术： 分析物质的重要手段，可深入物质内部而不破坏样品， 具有迅速、准确、分辨率高等优点 从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科，在科研和实际中发挥了巨大作用。;第一节 核磁共振基本原理;质量数;(1) 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 (2) I=1 或 I 0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I;二、 核磁共振现象;两种取向（两个能级）： (1)与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2; (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;;磁性核在外加磁场中的行为; (1)无外加磁场时，磁性核的能量相等。 (2)放入磁场中，有与磁场平行（低能量）和反平行（高能量）两种，出现能量差?E=h?。; 如果有些氢核的取向不完全与外磁场平行，外磁场要使它取向于外磁场的方向。;(1) 核有自旋(磁性核);为了产生共振，可用一定能量的电磁波照射核： 当光子的频率和进动频率相同时，进动核与辐射光子发生共振作用，体系吸收能量，核由低能态跃迁至高能态。 射频振荡线圈产生电磁波。;讨论：;四、弛豫;饱和——低能态的核等于高能态的核。 弛豫——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。; 处于高能态的核通过非辐射途径释放能量而及时返回到低能态的过程称为弛豫。 由于弛豫现象的发生，使得处于低能态的核数目总是维持多数，从而保证共振信号不会中止。 弛豫越易发生，消除“磁饱和”能力越强。 据Heisenberg测不准原理，激发能量?E与体系处于激发态的平均时间(寿命)成反比，与谱线变宽??成正比，即： ;弛豫可分为纵向弛豫和横向弛豫。 ;横向弛豫(时间?2)：又称自旋-自旋弛豫。 当两个相邻的核处于不同能级，但进动频率相同时，高能级核与低能级核通过自旋状态的交换而实现能量转移所发生的弛豫现象。 ; 相同状态样品中，两种弛豫发生的作用刚好相反。 在液态样品中，二者的弛豫时间?1和?2大致相当，在5-50s之间。 核磁共振分析多数测定的溶液样品。 ;1．磁体：提供外磁场，要求稳定性好，均匀。 永久磁铁、电磁铁 ;超导磁体： 铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈； 在低温4K，处于超导状态； 开始时，大电流一次性励磁后，闭合线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变； 温度升高，“失超”；重新励磁。;1．磁体：提供外磁场，要求稳定性好，均匀。 永久磁铁、电