第三章 核磁共振氢谱1-原理

第三章核磁共振氢谱

3.1核磁共振的基本原理

3.2核磁共振仪3.3化学位移3.4影响化学位移的因素3.5各类质子的化学位移3.6自旋偶合和自旋裂分3.7偶合常数与分子结构的关系3.8常见的自旋系统3.9简化1HNMR谱的实验方法3.10核磁共振氢谱解析及应用3.1核磁共振的基本原理

NMR：磁性核受幅射而发生跃迁所形成的吸收光谱。是研究分子结构、构型、构象等的重要方法。核磁共振的研究对象：磁性核，即具有磁矩的原子核。磁矩是由于核的自旋运动产生的。并非所有同位素的原子核都具有自旋运动。原子核的自旋运动与自旋量子数I有关。1.原子核的磁矩I＝0的核没有自旋现象，其核磁矩为零，不产生核磁共振信号。

I≠0的核有自旋现象，即磁性核，可以产生核磁共振信号，都可以作为核磁共振研究的对象。其中，I≠1/2的核由于空间量子化复杂，目前研究得较少。只有I＝1/2的核是目前核磁共振研究和测定的主要对象。P=

=

·P磁矩（

）磁旋比（

）：核的特征常数自旋角动量（P）自旋量子数(I)

I=0:P=0，无自旋，不产生共振信号。

I=0:

12C6

16O8

32S16

I≠0:P≠0，具有自旋现象。

I＝1/2，核电荷在核表面均匀分布。核磁共振谱线窄，有利于核磁共振检测。

I=1/2:

1H1

13C6

15N7

19F9

31P152、自旋核在磁场中的取向和能级无外磁场（B0）时，磁矩的取向是任意的。

在B0中，I

0的自旋核，磁矩的取向不是任意的，而是量子化的，共有（2I+1）种取向。可用磁量子数m表示：m=I，I-1，I-2,,(-I+1),-I.对于1H1原子核：I=1/2共有2种取向：（+1/2，-1/2）

磁诱导产生自旋核的能级分裂：m=－1/2m=1/2自旋核在B0场中的进动

当自旋核处在外磁场B0中时，除自旋外(自旋轴的方向与

一致)，还会绕B0进动,称Larmor进动，类似于陀螺在重力场中的进动。BO自旋核在BO场中的进动hg⊿E=——B02π3、核磁共振

gB0n射=——2πhg⊿E=——B02π

磁场强度与射频频率成正比。仪器的射频频率越大，磁场强度越大，谱图分辨率越高。在垂直于B0的方向加一个射频场B1，其频率为

射，当E射=h

射=⊿E时，自旋核会吸收射频的能量，由低能态跃迁到高能态（核自旋发生反转）。产生NMR条件

（1）I

0的自旋核（2）外磁场B0（3）与B0相互垂直的射频场B1

gB0n射=——2π要满足核磁共振条件，可通过二种方法来实现：扫频—固定磁场强度，改变射电频率对样品扫描扫场—固定射电频率，改变磁场强度对样品扫描实际上多用后者。对于1H核，不同的频率对应的磁场强度：射频（MHZ）磁场强度（特斯拉）601.40921002.35002004.70003007.100050011.7500饱和与弛豫饱和：在外磁场作用下，1H倾向于与外磁场相同取向的排列。处于低能态的核数目多，由于能级差很小，只占微弱的优势。1H-NMR的讯号依靠这些微弱过剩，低能态核吸收电磁辐射跃迁到高能级而产生信号。如果高能态核无法返回到低能态，那末随着跃迁的不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直至消失，处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等，与此同步，NMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。上述这种现象称为饱和。核弛豫：1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态。只有当激发和辐射的几率相等时，才能维持Boltzmann分布，不会出现饱和现象，可以连续观测到光谱信号。N+----低能态的核数N-----高能态的核数k-----Boltzmann常数T--