47 第十章 核磁共振波谱分析法 第一节核磁共振基本原理.ppt

第1页：第一节 核磁共振基本原理

第十章核磁共振波谱分析法一、原子核的自旋二、核磁共振现象三、核磁共振条件四、核磁共振波谱仪第一节核磁共振基本原理

第2页：一、原子核的自旋

一、原子核的自旋若原子核存在自旋，产生核磁矩：自旋角动量：I：自旋量子数；h：普朗克常数；核磁子β=eh/2M c；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自旋情况可以用（I）表征：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1/2；3/2；5/2….核磁矩：

第3页：一、原子核的自旋（续）

• 讨论:
• (1)I=0的原子核O(16)；C（12）；S（22）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，14NI=3/2：11B，35Cl，79Br，81BrI=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也是有机化合物的主要组成元素。

第4页：二、核磁共振现象

• 二、核磁共振现象自旋量子数I=1/2的原子核（氢核），可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，可以有（2I+1）种取向：氢核（I=1/2），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;

第5页：二、核磁共振现象（续）

(核磁共振现象)两种取向不完全与外磁场平行，θ＝54°24’和125°36’相互作用,产生进动(拉莫进动)进动频率ν0；角速度•0；•0= 2πν0=γH0γ磁旋比；H0外磁场强度；两种进动取向不同的氢核之间的能级差：ΔE=μH0（μ磁矩）

第6页：三、核磁共振条件

三、核磁共振条件在外磁场中，原子核能级产生裂分，由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量。能级量子化。射频振荡线圈产生电磁波。对于氢核，能级差：ΔE=μH0（μ磁矩）产生共振需吸收的能量：ΔE=μH0=hν0由拉莫进动方程：•0= 2πν0=γH0;共振条件：ν0=γH0/ (2π)

第7页：共振条件

• 共振条件(1)核有自旋(磁性核)(2)外磁场,能级裂分;
• (3)照射频率与外磁场的比值ν0/H0=γ/ (2π)

第8页：共振条件（续）

• 讨论:共振条件：ν0=γH0/ (2π)（1）对于同一种核，磁旋比γ为定值，H0变，射频频率ν变。
• （2）不同原子核，磁旋比γ不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度H0和射频频率ν不同。
• （3）固定H0，改变ν（扫频），不同原子核在不同频率处发生共振（图）。也可固定ν，改变H0（扫场）。扫场方式应用较多。氢核（1H）：1.409 T共振频率60MHz2.305 T共振频率100MHz磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4T（特拉斯）

第9页：共振条件（续）

讨论:在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分，如右图所示。由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定化合物结构。

第10页：四、核磁共振波谱仪

• 四、核磁共振波谱仪1．永久磁铁：提供外磁场，要求稳定性好，均匀，不均匀性小于六千万分之一。扫场线圈。
• 2．射频振荡器：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。60MHz或100MHz。
• 3．射频信号接受器（检测器）：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在感应线圈中产生毫伏级信号。
• 4．样品管：外径5mm的玻璃管,测量过程中旋转,磁场作用均匀。

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内容选择：•第一节核磁共振基本原理•第二节核磁共振与化学位移•第三节自旋偶合与自旋裂分•第四节谱图解析与结构确定结束