CH
H JHH
七个主要特性参数
化学位移 偶合常数 谱峰强度 核Overhauser效应(NOE) 纵向驰豫时间(T1) 横向驰豫时间(T2) 线宽
化学位移
在磁场中,由于原子核外电子的运动而产生一个小的磁场Be(local field).此小 磁场与外加磁场(B0)方向相反.从而使原子核感受到一个比外加磁场小的磁
一、二维核磁共振基础与核 磁共振综合解析
内容
一、核磁共振简介 二、七个主要特性参数 三、一、二维核磁共振实验及原理 四、核磁共振综合解析
600 MHz
核磁共振 : 简介
B0 z
宏观磁化强度矢量
B0 z M
y x
y x
具有非零自旋量子数的原子核具有自旋角动量,因而也就具有磁矩. 在磁场中, 原来无规则的磁矩矢量会重新排列而平行于外加的磁场.与外磁场同向和 反向的磁矩矢量符合Boltzmann分布. 磁矩矢量沿磁场方向的进动使XY平面上的投影 相互抵消. 由于沿磁场方向能量较低, 故原子分布较多一些而造成一个沿Z-轴的非零 合磁矩矢量. 虽然在理论上经常讨论单一原子的情形, 但在实际上, 单一原子的核磁信 号非常小而无法观测.故此我们定义单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度 矢量 其方向与外磁场方向相同.以此矢量来描述宏观样品的核磁特性.
JAB=JAC
Hb C
Hc
B,C
A
A
B
A
C
Ha C
JAC=10 Hz
C
JAB=4 Hz
Hb C JBC=7 Hz
Hc B
A
B,C是磁不等价的核
JAB JAC
A
*C
*CH
*CH2
*CH3 H3
H2
H1
H1
H2 H1
C
C
C
C
由于一些核的自然丰度并非100%.顾此谱图中可能出现偶合分 裂的峰和无偶合的峰.氯仿中的氢谱是一个典型的例子.
场(B0+Blo).此一现象我们称做化学位移作用或屏敝作用.
B0
原子核实际感受到的磁场:
Be
B = (1-s) B0
S：化学位移常数
化学位移
分子中的原子并不是孤立存在,它不仅在相互间发生作用也同周围环 境发生作用,从而导致相同的原子核却有不同的核磁共振频率.
自旋-自旋偶合 化学位移
E B0
Larmor 频率
HC=O
HC=
CH2
CH3
由于化学位移是与外加磁场成正比,所以在不同的磁场下所的 化学位移数值也不同.也会引起许多麻烦.引入ppm并使用同一 参照样品,就是光谱独立于外加磁场.
300 MHz
参照样品峰
1 ppm = 300 Hz
300 MHz
6000 4500 3000 1500
0 Hz
ppm sample reference reference
在磁场中,原来简并的能级分裂成不同的能级状态.如果 用适当频率的电磁辐射照射就可观察到核自旋能级的 跃迁.原子核能级的变 化不仅取决于外部磁场强度的大 小及不同种类的原子核,而且取决于原子核外部电子环 境.这样我们就可获得原子核外电子环境的信息.宏观上 讲,当用适当频率的电 磁辐射(RF)照射样品,宏观磁化强 度矢量从Z-轴转到X或Y轴上.通过接受器,傅立叶转换 就得到核磁共振谱图.
12
8
4
0 ppm
500 MHz
6000 4500 3000 1500
0 Hz
1 ppm = 500 Hz
500 MHz
12
8
4
0 ppm
偶合常数
相邻的原子核可以通过中间媒介(电子云)而发生作用.此中间 媒介就是所谓的化学键.这一作用就叫自旋-自旋偶合作用(J-偶 合).特点是通过化学键的间接作用.
2. 等价组合具有相同的共振频率.其强度与等价组合数有关.
3. 磁等价的核之间偶合作用不出现在谱图中.
4. 偶合具有相加性.
例如:
Ha
C
Hb C
observed spin
A
B
coupled spin
B B A A
intensity
1 1 1 1
HB
HB
JAB
a
HA
HA
JAB
b
B,C是磁等价的核
Ha C
~ B0
γ是磁旋比. 它是原子核本身的属性并只能通过 实验获取.
abundance (%)
99.98 0.015 100 1.1 0.37 99.63 100 0.04 100
frequency (MHz) at 2.35T 100 15.35 40.48 25.14 10.13 7.22 94.08 13.56 26.06
e.g.
B0=11.7 T,
w(1H)=500 MHz w(13C)=125 MHz
化学位移 ~ B0 » kHz 自旋-自旋偶合» Hz-kHz
即使使用不同的仪器或在不同的场强下,相同的官能团具有 相同的ppm值.不同的官能团由于存在于不同的电子环境因而 具有不同的化学位
核磁共振 : 简介
Information: Larmor 频率 化学位移: J-偶合: 偶极偶合:
弛豫:
原子核 结构测定(功能团) 结构测定(原子的相关性) 结构测定 (空间位臵关系)
动力学（t1,t2)
H
>C=CH-
CH3
1H
JCH H
C
C
>C=C<
CH3
13C
D
H C
H CH
在BRUKER 仪器上, 原子核的频率是通过 参数BFn (MHz)设臵. 如BF1 代表第一通道. 更精细的频率调节可 用参数On来完成. On 叫频率偏差频率或偏 臵频,所以总频率为 SFOn: SFO1=BF1+O1
2011年12月16日
3
核磁共振 : 简介
B0
B0
M
RF 脉冲
M 接收器 Receiver
JCH
H C
异核 J-coupling
JHH
H C
H C
同核 J-coupling
自旋-自旋偶合引起共振线的分裂而形成多重峰.多重峰实际 代表了相互作用的原子核彼此间能够出现的空间取向组合.
JCH
JCH
H
C
原始频率
H C
-J/2
JCH
+J/2
多重峰出现的规则:
1. 某一原子核与N个相邻的核相互偶合将给出(n+1)重峰.
核磁共振 : 简介
Larmor 频率
nucleus
symbol
proton (hydrogen) 1H
deuterium
2H
phosphorous
31P
carbon
13C
nitrogen
15N
nitrogen
14N
fluorine
19F
oxygen
17O
aluminum
27Al
核磁矩沿外磁场方向进动的频率称为Larmor 频 率w或共振频率.此频率的大小取决于原子核的 种类及外磁场的大小.