核磁共振波谱法PPT学习教案

1、会计学1核磁共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振强磁场中原子核的自旋运动无线电波电磁辐射v核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy) NMR是由磁性核在强磁场中，受无线电波幅射而产生核自旋能级跃迁，导致核磁矩方向改变而产生感应电流，这种现象称为核磁共振。第1页/共52页兆赫频兆赫频率器率器接受器及接受器及放大器放大器示波器及示波器及记录器记录器磁磁铁铁磁磁铁铁图图161 核磁共振仪示意图核磁共振仪示意图第2页/共52页v核磁共振仪示意图解释核磁共振仪示意图解释 照射的无线电波照射的无线电波( (射频波射频波) )是由照射频率发生器产生，通是由照射频率

2、发生器产生，通过照射线圈过照射线圈R R作用于样品上。样品溶液装在样品管中插入磁作用于样品上。样品溶液装在样品管中插入磁场，样品管匀速旋转以保障所受磁场的均匀性。用扫场线场，样品管匀速旋转以保障所受磁场的均匀性。用扫场线圈调节外加磁场强度圈调节外加磁场强度, ,若满足某种化学环境的原子核的共振若满足某种化学环境的原子核的共振条件时，则该核发生能级跃迁，核磁矩方向改变，在接收条件时，则该核发生能级跃迁，核磁矩方向改变，在接收线圈线圈D D中产生感应电流中产生感应电流( (不共振时无电流不共振时无电流) )。感应电流被放大。感应电流被放大、记录，即得、记录，即得NMRNMR信号。若依次改变磁场强度

3、，满足不同化信号。若依次改变磁场强度，满足不同化学环境核的共振条件，则获得核磁共振谱。学环境核的共振条件，则获得核磁共振谱。第3页/共52页第4页/共52页自旋磁矩 自旋轴第5页/共52页第6页/共52页第7页/共52页在外加磁场（在外加磁场（HO）中，质子自旋所产生的磁矩有两种取向：）中，质子自旋所产生的磁矩有两种取向： 与与HO同向或反向，对应于或两个自旋态。同向或反向，对应于或两个自旋态。12m=-m=+12H0NN产生能级差与H0同向，低能级m=+12高能级与H0反向，12m=-第8页/共52页E12m=-m=+12EH00第9页/共52页EHho1磁旋比；磁旋比；h 普朗克常数；普朗

4、克常数；H0 外加磁场强度。外加磁场强度。 如果用一个处于射频范围的电磁波照射处于H0中的1H，当电磁波的频率射恰好满足 Eh 则：则：处于低能级态的处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量，跃迁就会吸收电磁波的能量，跃迁到高能级态，发生核磁共振。到高能级态，发生核磁共振。 第10页/共52页Ho31.2.4 核核磁共振的条件磁共振的条件 第11页/共52页第12页/共52页141.3 饱和与弛豫v低能态的核吸收能量自低能态跃迁到高能态，能量低能态的核吸收能量自低能态跃迁到高能态，能量将不再吸收。与此相应，作为核磁共振的信号也将将不再吸收。与此相应，作为核磁共振的信号也将逐渐减退，直至完全消失。

5、此种状态称作逐渐减退，直至完全消失。此种状态称作“饱和饱和”状态。状态。v在核磁共振条件下，在低能态的核通过吸收能量向在核磁共振条件下，在低能态的核通过吸收能量向高能态跃迁的同时，高能态的核也通过以非辐射的高能态跃迁的同时，高能态的核也通过以非辐射的方式将能量释放到周围环境中由高能态回到低能态方式将能量释放到周围环境中由高能态回到低能态，从而保持，从而保持Boltzman分布的热平衡状态。分布的热平衡状态。这种通过这种通过无辐射的释放能量途径核由高能态回到低能态的过无辐射的释放能量途径核由高能态回到低能态的过程称作程称作“弛豫弛豫”。第13页/共52页低能级的粒子数很快就能相低能级的粒子数很快

6、就能相等，将不再有核磁共振信号，等，将不再有核磁共振信号，该现象为饱和。该现象为饱和。第14页/共52页2.1 核磁共振谱的表示方法第15页/共52页17 核磁共振氢谱图示核磁共振氢谱图示C6H5CH2CH3C6H5CH2CH3第16页/共52页质子的化学环境化学等价质子的组数引起该信号的氢原子数目邻近质子的数目，J（偶合常数）单位：Hz第17页/共52页第18页/共52页 化学环境不同的1H 核在外磁场中以不同的Larmor频率进动；1H 核在分子中所处的化学环境不同导致Larmor频率位移第19页/共52页第20页/共52页 屏蔽效应 屏蔽常数Larmor频率位移第21页/共52页 不同化

7、学环境的质子，因其周围电子云密度不同，裸不同化学环境的质子，因其周围电子云密度不同，裸露程度不同，其露程度不同，其值也不同，从而发生核磁共振的值也不同，从而发生核磁共振的H0不同。这就是化学位移的来源。不同。这就是化学位移的来源。 所以，化学位移也可定义为化学位移也可定义为由于由于屏蔽程度程度不同而引不同而引起的起的NMR吸收峰位置的变化。吸收峰位置的变化。 第22页/共52页第23页/共52页第24页/共52页第25页/共52页第26页/共52页第27页/共52页第28页/共52页第29页/共52页第30页/共52页两个裂分峰之间的距离反映质子自旋磁矩间相互作用的强弱 a 组氢对b 组氢的偶

8、合常数 b 组氢对a 组氢的偶合常数判断相互偶合的质子偶合常数J 值与仪器的工作频率无关第31页/共52页第32页/共52页 通常，只有相邻碳上通常，只有相邻碳上1H才相互偶合。才相互偶合。 等价质子间不发生峰的裂分。等价质子间不发生峰的裂分。 例如：例如：CH3CH3的的NMR只有一个单峰。只有一个单峰。 ClCH2CH2Cl的的NMR只有一个单峰。只有一个单峰。 (n+1)规律只适用于一级谱规律只适用于一级谱-(/J)6。 第33页/共52页 信号的位置 （化学位移） 信号的数目 信号的强度 （积分面积） 信号的裂分 （自旋偶合）质子的化学环境化学等价质子组数-质子类型数产生该信号的质子数

9、目邻近质子的数目第34页/共52页常用氘代溶剂残峰的化学位移值 第35页/共52页第36页/共52页第37页/共52页第38页/共52页第39页/共52页第40页/共52页第41页/共52页HC11341当当H0相同时，相同时， 3SHCSS11360001 没有没有PFTPFT技术的支持。技术的支持。 所以：所以：第42页/共52页 由于由于13C1H偶合，早期偶合，早期13C谱的谱形复杂，谱的谱形复杂，不易解析。直到不易解析。直到1965年，年，13CNMR技术上的一技术上的一大突破大突破质子宽带去偶技术质子宽带去偶技术的应用，才使的应用，才使13C谱的研究得以蓬勃发展。谱的研究得以蓬勃发展。 PFTNMR仪的出现，使实验效率大为提高仪的出现，使实验效率大为提高，灵敏度大为改善。，灵敏度大为改善。今天，今天，13C谱已经成为有机化学家的常规分析手谱已经成为有机化学家的常规分析手段。段。 第43页/共52页第44页/共52页050100150200220150-220100-15050