有机波谱核磁共振之级优秀课件

I>0的核自旋产生磁矩, = P, 为磁旋比，是 原子核的重要属性，核不同， 不同，P为原子核 总角动量，对于给定的原子核， 、 P和是定值
虽然I>0的核都有NMR信号，但目前的通用 NMR仪器一般只测定I=1/2的原子核！主要测定 1H、13C、19F、 31P
概述 回旋轨道
能量获得
核磁矩
'
E ，原子核就会从其低能级的核磁能级跃迁至高
能级：
E
h
h
2
B0
2
B0
概述
为磁旋比，是原子核的重要属性，核不同， 不同 B0为外加静磁场，为在B0 磁场中磁旋比为的核发 生核磁共振的频率。
E
Baidu Nhomakorabea
E = h
B0
B
教材p127末段 (1) (1H)=4 (13C) => (1H)= (13C), 如果在 100MHz核磁仪上测13C谱，其频率只有25MHz，
核的实受磁场BN=外加磁场B0—屏蔽磁场σ B0， σ为屏 蔽常数，BN=B0(1- σ)。
超导磁铁 =>液氦+液氮冷却，快速、分辨率高，能测定多种NMR 谱
概述
FT-NMR: 不是通过扫场或扫频产生共振； 恒定磁场，施加全频脉冲，产生共振，采集产生
的感应电流信号，经过傅立叶变换获得一般核磁共振 谱图。
概述
化学位移
二. 化学位移
2
B0
化学位移的产生
核相同，磁旋比相同，固定射频，则共振频率应相 同.
300MHz~75MHz (2)B0越大， 越大，不同化学环境中核的共振频率 差异越大，信号越容易分辨 (分辨率越高)
概述
饱和与驰豫 饱和：粒子从低能级跃迁到高能级和从高能级返回低 能级的速度相同，没有净能量吸收，就没有吸收信号
弛豫：粒子从高能级以非辐射方式返回低能级的现象， 以半衰期(T)表示，T越小，驰豫效率越高
有机波谱核磁共振之级
概述
１９４５年以F. Bloch 和 E. M. Purcell为首的两个小 组同时发现了核磁共振现象 (nuclear magnetic resonance, NMR)。他们二人因此获得了１９５２年 诺贝尔物理学奖。
1991年化学，瑞士人Richard R．Ernst：发展傅 立叶变换核磁共振(PFT-NMR)波谱方法
应用 NMR技术: 在一个分子中，化学环境不同的原子， 其外层电子对核的屏蔽程度不同，核与外加磁场 的共振信号不同，通过核磁共振信号揭示分子结 构信息
MRI技术: 利用不同组织、同一组织的不同位置 的水分子分布差异，通过成像技术揭示组织的结 构信息
概述
MRS技术: MR Sounding, 磁共振探测，勘测地下水 分布情况、地质灾害预防
81Br I=5/2：17O，127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均 匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2 的原子核 1H，13C，19F，31P, 77Se, 113Cd,
119Sn, 195Pt, 199Hg等
概述
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样 自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象; C、 H是有机化合物的主要组成元素。
概述
自旋量子数为半整数或整数的原子核才有自旋运动， 原子核是带正电的粒子，其自旋运动将产生核磁矩。在 静磁场中，具有核磁矩的原子存在不同能级，运用某一 特定频率的电磁波来照射被测样品，并使供给的能量满 足于能级之间的能量差，原子核即可进行能级之间的跃 迁，这就是核磁共振。
原子核的自旋
核自旋与电子自旋的区别 与核外电子的四个量子数(n, l, m, ms)的概念区 别
自旋核
Ho Ho
概述
核磁共振
用磁量子数m描绘核的自旋状态 磁量子数m 取决于自旋量子数I: m=I-1,I-2,…, -I I=1/2, 则m=1/2, -1/2, 核有两种自旋取向
在静磁场中，具有磁矩的原子核存在不同能级，能
级间能量差为E，如果用特定频率（）的电磁波
来照射静磁场的原子核，只要电磁波的能量等于
原子核有自旋现象，自旋量子数I, 见教材p126 表4-1 核的自旋与核磁共振
概述
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 32 S等 ，无自旋，没有磁 矩，不产生共振吸收
(2) I>1/2 的原子核 I=1 ：2H， 6Li， 14N I=3/2： 7Li， 9Be， 11B， 23Na， 35Cl，79Br，
在同一分子中，处于不同化学环境的同种元素的核 (如1H)，核外电子对核的屏蔽(σ)不同，核对外磁场感 应到的强度不同，于是核的共振频率不同，用化学位 移(δ)表示核的共振频率的相对值.
化学位移
核磁共振的研究对象是带有磁矩的原子核，带正电的核 的自旋运动，其在磁场中的能级跃迁产生核磁共振。但是 完全裸露的原子核是不存在的，而核外电子在外部磁场垂 直的平面上绕核旋转产生环形电流，由此产生一个与外部 磁场向对抗的第二磁场。对于氢核来讲等于增加了一个免 受外加磁场影响的防御措施。这种作用叫电子屏蔽效应。
磁场（磁铁）、射频发生器、信号检测器、信号处 理器、控制系统（计算机工作站），分析软件
连续波核磁仪(Continuous-Wave NMR)
永久磁铁或电磁铁（不超过100MHz），水冷,信号采集费时，信 号分辨率低且可能漂移（基本淘汰），不适合测定13C谱
脉冲傅立叶变换核磁仪(Pulse & Fourier Transform NMR Spectrum)
今天核磁共振已经成为坚定有机化合物结构以及研究 化学动力学极为重要的方法，在各种领域中得到广泛的应 用。
优点： 信息齐全、准确、可靠 不破坏样品，可回收 可以测定混合样品
缺点： 样品量较大(>1mg for HNMR, >10mg for CNMR; 0.01mg for MS) 不常用于定量分析( HPLC for quantity analysis) 仪器昂贵：仪器~200万，正常维护2万/年，氘代溶剂（15-150元 /样品）
T太大，弛豫效率低，信号弱； T太小，谱线展宽， 谱图分辨率降低(质量差) 自旋晶格弛豫（纵向弛豫，T1）：核与环境(溶液 T1 合适) 自旋-自旋弛豫（横向弛豫， T2 ）：核与核(固体 T2 太小，峰展宽) 铁磁性和其他顺磁性物质可降低T1，样品中不应 含有(降低T1，展宽)
概述
核磁共振仪简介 基本要件