核磁共振波谱法详细解析
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② 奇数 奇偶数 I为半整数, 1/2,3/2…
自旋量子数I
1 如: 1
H,
D,
13 6
C,
F
*I=1/2的核
③ 偶数 奇数
I为整数, I=1, 2, 3, …
2 如: 1
14 7
N
2. 核磁矩( )
原子核有自旋现象,因而有自旋角动量:
h P I ( I 1) 2π
P :自旋角动量
在无外加磁场时,自旋核磁矩的取向是任意的; 若将原子核置于磁场中,核磁矩可有不同的排列,
共有 2I+1 个取向; 每一种取向用磁量子数m表示,则m=I, I-1, I2,…, -I+1, -I。
1 1 1 m , m 例:I=1/2时, 2 1 2 即: 2 2 2
顺磁场
低能量
逆磁场
高能量
氢核磁矩的取向
例:I=1时,
2 1 1 3 个取向,
即: m = 1,0,-1
I=1 氢核磁矩的取向
核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的,是量
子化的,这种现象称为空间量子化。
用μZ表示不同取向核磁矩在外磁场方向的投影。
h μz m 2π
核磁矩的能量与μz和外磁场强度H0有关:
♫概述
二、NMR与UV、IR的区别
1.照射的电磁辐射频率不同,引起的跃迁类型不同
UV-Vis IR 200-760nm 紫外可见光 2.5-25µ m 红外线 价电子跃迁 振动-转动能级跃迁
NMR
0.6-30m
无线电波
原子核自旋能级跃迁
2.测定方法不同: UV、IR--测定A(T) NMR --共振吸收法 共振吸收法:利用原子核在磁场中,核 自旋能级跃迁时核磁矩方向改变产生感应 电流来得到NMR信号。
♫概述
三、核磁共振波谱法的应用
1.测定有机物结构:化学及立体结构(构型、构像、 互变异构)
2.医学:核磁共振成像技术(医疗诊断)
3.生化:生物大分子、酶结构测定
四、1H-NMR和 13C-NMR 给出的结构信息
1H-NMR:
⑴质子类型(-CH3, -CH2,=CH,Ar-H)和所处 的化学环境; ⑵ H分布情况 ; ⑶ 核间的关系。 缺点:不含H基团无 NMR信号, 化学环境相近 的烷烃,难区别
♫概述
一、核磁共振和核磁共振波谱法 1.核磁共振(NMR): 在外磁场的作用下,具有磁矩的原子核 存在着不同能级,当用一定频率的射频照射 分子时,可引起原子核自旋能级的跃迁,即 产生核磁共振。
♫概述
2.核磁共振波谱:以核磁共振信号强度对照 射频率(磁场强度)作图,所得图谱。
3.核磁共振波谱法:利用核磁共振波谱对物 质进行结构测定、定性和定量分析的 方法。
② ↑, ↑
共振吸收与弛豫
②m=1, 跃迁只能发生在两个相邻能级间
m m 低 , = 高 对于 I 1 的核、 m 1 , 0 , 1 , 跃迁只能在 1 1 2 2 2 +0与 1之间发生,不能发生在 能 能 2 1与 - 1之间 态) 11 态) 对于 I 1,1 0,,0 跃迁只能在 1与 0 0与 m 1之间发生,不能发生在 1 与 对于I 的核、 1的核、 m ,1 ,1 , 跃迁只能在 1与 0 - 1之间 0与 1之间发生,不能发生在 1与 -1 之间 0与 1之间发生,不能发生在 1与 1之间
态的过程,是维持连续NMR信号必不可少的过程。
Boltzmann分布:
n e n
ΔE kT
e
rhH 0 2πkT
例:I=1/2核,T=300K,H0=1.4092T:
n1 / 2 e n1 / 2
6.6310 34 2.68108 1.4092 23.141.3810 23 300
h E Z H 0 m H0 2
(一)核自旋能级分裂
不同取向的核具有不同的能级, I = 1/2: m =1/2 的μz 顺磁场,能量低;
m =-1/2的 µ z 逆磁场,能量高。
E
E Z H 0 m
m=-1/2
2 2 22 0 2 2 H0=0 1 1h h E 1 h H 0 H 1 E E11 2 H0 0 2 2 2 m=1/2 2 2 h h E E E1E h H0H 0 H0 2 E E E E2 2 E1 1 22 H0 0 2 hh 在外加磁场中,自旋核发能级分裂,能级差和 H0成正比 E m H h 0 E m m 2 H H0 E
1 1 I 核 I 核 2 11 2 II 核 1核 1 1 1 1 m ,m m m 2 22 2 m 2 ,m = 2 2 1 1 ( m 对于 I ( 1的核、 ,0,1, 跃迁只能在1与0 m 1 ,m m 11
三、自旋驰豫
驰豫历程:激发核通过非辐射途径损失能量而恢复至基
13C-NMR:
丰富的C骨架信息
第一节 基本原理
一 、原子核的自旋 1.自旋分类
原子核:质子和中子组成的带正电荷的粒子。 原子核自旋运动与自旋量子数I有关。
I与原子核的质量数和电荷数(原子序数)有关。
第一节 基本原理
1.自旋分类
质量数 电荷数 ① 偶数 偶数 自旋量子数 I=0
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C O
19 9
I0核,自旋产生核磁矩 ,核磁矩的方向服从 右手法则,其大小与自旋角动量成正比。
2. 核磁矩( )
h μ P I(I 1 ) 2π μ : 核磁矩; : 磁旋比
为磁旋比,是原子核
的特征常数。 磁矩方向:右手螺旋法则
二、原子核的自旋能级和共振吸收 (一) 核自旋能级分裂
2
h H0 2 11 h h 1) h H0 H E ( E ( ) 2 2 E ( ) H 0
(二)原子核的共振吸收 1. 进动
Larm or 方程:
z
原子核
θ
H0 2
0
陀螺的进动 原子核的进动
①外加磁场H0↑, ↑