核磁共振破谱分析概念原理仪器结构.ppt

核磁共振破谱分析概念原理仪器结构第1页，共29页，星期日，2025年，2月5日主要内容此分析方法在环境监测中的应用二.一.核磁共振破谱分析基础知识介绍相关外文文献三.第2页，共29页，星期日，2025年，2月5日一.核磁共振破谱分析基础知识介绍

第3页，共29页，星期日，2025年，2月5日在磁场的激励下，一些具有磁性的原子核存在不同的能级，如果此时外加一个能量，使其恰好等于相邻两个能级之差，则该核就可能吸收能量（称为共振吸收），从低能态跃迁到高能态，而所吸收的能量级就相当于射频频率范围内的电磁波。因此，所谓核磁共振就是研究磁性原子核对射频能的吸收。利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定量分析的方法称为核磁共振波谱法。简称NMR。在有机化合物中，经常研究的是1H和13C的共振吸收谱，重点介绍H核共振的原理及应用。1.基本概念第4页，共29页，星期日，2025年，2月5日2.基本原理核磁共振是在电磁波的作用下，原子核在外磁场中的磁能级之间的共振跃迁现象。因此，要产生核磁共振，首先原子核必须具用磁性。2.1原子核的自旋由于原子核是带电荷的粒子，若有自旋现象，即产生磁矩。物理学的研究证明，各种不同的原子核，自旋的情况不同，原子核自旋的情况可用自旋量子数I表征。（表1所示）质量数原子序数自旋量子数I偶数偶数0偶数奇数1,2,3，…奇数奇数或偶数表1各种原子核的自旋量子数第5页，共29页，星期日，2025年，2月5日自旋量子数等于零的原子核没有自旋现象，因而没有磁矩，不产生共振吸收谱，故不能用核磁共振来研究。自旋量子数等于1或大于1的原子核电荷分布不均匀。它们的共振吸收常会产生复杂情况，目前在核磁共振研究上应用还很少。自旋量子数等于1/2的原子核有1H，19F，31P，13C等，这些核可当作一个电荷均匀分布的球体，并像陀螺一样地自旋，故有磁矩形成。这些核特别适用于核磁共振实验。前面三种原子在自然界的丰度接近100%，核磁共振容易测定。尤其是氢核（质子），不但易于测定，而且它又是组成有机化合物的主要元素之一，因此对于氢核核磁共振谱的测定，在有机分析中十分重要。2.基本原理第6页，共29页，星期日，2025年，2月5日2.2自旋核在外加磁场中的取向数和能级自旋量子数I为1/2的原子核（如氢核），可当作为电荷均匀分布的球体。当氢核围绕着它的自旋轴转动时就产生磁场。由于氢核带正电，转动时产生的磁场方向可由右手螺旋定则确定，如图1所示。2.基本原理图1右手定则判定磁矩的方向（a）质子自旋（b）产生磁场方向把自旋核放在场强为B0的磁场中,由于磁矩?与磁场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示。I=1/2的氢核只有两种取向。第7页，共29页，星期日，2025年，2月5日2.基本原理I=1/2的氢核，在外加磁场B0中只有两种取向：与外磁场平行，能量较低，m=+1/2；与外磁场方向相反,能量较高,m=-1/2，如右图所示。两种取向间的能级差，可用ΔE来表示：由于I=1/2，故ΔE=2μB0式中：μ为氢核磁矩；B0为外加磁场强度上式表明：氢核由低能级向高能级跃迁时需要的能量ΔE与外加磁场强度B0及氢核磁矩μ成正比。第8页，共29页，星期日，2025年，2月5日如果将具有磁矩的核置于外磁场中，它在外磁场的作用下，核自旋产生的磁场与外磁场发生相互作用，则磁性原子核在外磁场中一面自旋，一面围绕着磁场方向发生回旋（称为拉摩尔进动），如下图所示。2.3核的回旋第9页，共29页，星期日，2025年，2月5日2.3核的回旋原子核在磁场中的回旋,这种现象与一个自旋的陀螺与地球重力线做回旋的情况相似。换句话说：由于磁场的作用，原子核一方面绕轴自旋，另一方面自旋轴又围绕着磁场方向进动。其进动频率，除与原子核本身特征有关外，还与外界的磁场强度有关。进动时的频率、自旋质点的角速度与外加磁场的关系可用Larmor方程表示：ω=2πv0=γB0式中：ω—角速度；v0—进动频率（