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核磁共振的基本原理
z
z
z
m =1/2
m =1
m =2
B0
m =1
m =0
mm==0-1
m =-1/2
m = -1
m = -2
I=1/2
I=1
I=2
E2=+ μ B0 E= E2 — E1 = 2μ B0 E1=— μ B0
受限下的核运动
原子核运动=自旋+回旋 (拉摩尔进动) —自旋:绕自旋轴(感应磁场轴)旋转 —回旋:绕回旋轴(外加磁场轴)旋转 进动频率=表征不同原子核的进动情况
的能量相同。 有外加磁场(B0≠0)时,原子核自旋运动受限,表
现为:自旋取向受限(核自旋方向有特定取向),相对 外加磁场方向,只有2I+1种取向。
对氢核来说,I=1/2,只能有21/2+1=2个取向: +1/2和-1/2。也即表示H核在磁场中,自旋轴只有两种 取向:
与外加磁场方向相同,m=+1/2,磁能级较低 与外加磁场方向相反,m=-1/2,磁能级较高
核磁共振的基本原理
什么叫核磁共振波谱法(NMR)
➢利用自旋原子核在外磁场作用下 的核自旋能级跃迁所产生的吸收电 磁波谱来研究有机化合物结构与组 成的一种分析方法。
➢原子核的自旋
➢原子核能级的 分裂及其描述
一、原子核的自旋
u原子核为带正电粒子,当它的质量数和 原子序数有一个是奇数时,它就和电子一 样有自旋运动,产生磁矩。 u原子核的自旋产生小磁场,以核磁矩μ 表征,这样的核叫做磁性原子核。
核磁共振氢谱(NMR)
脑科学研究与神经影像学
要点一
脑科学研究
核磁共振氢谱能够无创地检测大脑不同区域代谢产物的变 化,有助于深入了解大脑的生理和病理过程。
要点二
神经影像学
核磁共振氢谱与影像技术结合,可以提供更全面的脑功能 和结构信息,为神经性疾病的诊断和治疗提供支持。
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05
核磁共振氢谱在生物学研究中的应用
生物分子结构研究
确定分子结构
通过分析氢谱的峰位置和强度,可以确定生物分子中氢原子的化学环境,从而 推断出分子的结构信息。
解析蛋白质结构
结合三维核磁共振技术,氢谱可用于解析蛋白质的三维结构,对于理解蛋白质 功能和设计新药物具有重要意义。
代谢物组学研究
代谢物鉴定
重要信息。
生物医学
用于研究生物大分子的 结构和功能,为疾病诊
断和治疗提供依据。
02
核磁共振氢谱的基本原理
原子核的自旋与磁矩
原子核自旋
原子核具有自旋角动量,使得原子核 具有一定的磁矩。
磁矩与磁场相互作用
能级跃迁
当外加射频场能量与能级分裂相匹配 时,原子核发生能级跃迁,释放出共 振信号。
原子核磁矩在外部磁场中受到洛伦兹 力,产生能级分裂。
药代动力学
核磁共振氢谱可以研究药物在体内的吸收、 分布、代谢和排泄过程的动力学特征,为药 物的剂量调整和给药方案提供科学依据。
核磁共振基本知识ppt课件
信号裂分的数目和相对强度
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48
氢核间的耦合类型
HH (a) H H
(d)
H H
(b) H
H (e)
H
H
• 2J(a)
(c)
• 3J(b)
H
• 4J(c)
• 苯环上的质子耦合(d-f)
H (f)
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49
典型有机物的质子耦合常数
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50
核磁共振碳谱
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51
13C NMR谱与1H谱的对比
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52
几种常见碳谱
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53
① 宽带去偶
使用一个高功率频率范围较宽的可以覆盖全部质子 Larmor频率范围的去偶场,使样品中所有1H全部共 振→饱和→去偶——使每一个C都出现一个S峰。
➢ 每一种化学等价的碳原子只有一条谱线
➢ 由于有NOE作用使得谱线增强,信号更易得到
4.屏蔽效应-化学位移
氢原子核的外面有电子,它们对磁场的磁力 线有排斥作用。对原子核来讲,周围的电子起了 屏蔽(Shielding)效应。核周围的电子云密度越 大,屏蔽效应就越大,要相应增加磁场强度才能 使之发生共振。核周围的电子云密度是受所连基 团的影响,故不同化学环境的核,它们所受的屏 蔽作用各不相同,它们的核磁共振信号亦就出现 在不同的地方。
NMR基本原理ppt课件
相反,削弱外磁场(屏蔽作用)。共振信号发生在高场。
• p 为顺磁屏蔽 核外非球形对称的电子云产生。与外磁场
方向相同,增强外磁场(去屏蔽作用)。共振信号发生在 低场。
• a 为相邻基团的各向异性的影响。 • s 为溶剂、介质等其他因素的影响。
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=1 2
H( 0 1-)
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40
2. 化学位移的表示方法
• 电负性:Si(1.9) < C(2.5),氢和碳核受大的屏蔽效应,产生的 信号不会干扰样品NMR信号。
• 沸点很低(27℃)易去除,有利于回收样品。
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45
• 在1H和13C谱中规定:TMS的化学位移值 = 0,位于图谱 的右边。其左边 为正值,在它的右边 为负值。
1H = 0~20 13C = 0~200
(二) 磁性核在外磁场(H0)中的行为 •原子核在外磁场中的自旋取向
核在外磁场中定向排列,其取向是空间方向量子化的。相对
于外磁场方向,可以有(2I + 1 )种取向。
H原 子 核 无磁场
磁量子数m=I,I-1,…,-I,可取2I+1个不同数值。
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15
•核的进动
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16
•原子核在外磁场中的能级裂分
布洛赫(Felix Bloch )
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• p 为顺磁屏蔽 核外非球形对称的电子云产生。与外磁场
方向相同,增强外磁场(去屏蔽作用)。共振信号发生在 低场。
• a 为相邻基团的各向异性的影响。 • s 为溶剂、介质等其他因素的影响。
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=1 2
H( 0 1-)
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2. 化学位移的表示方法
• 电负性:Si(1.9) < C(2.5),氢和碳核受大的屏蔽效应,产生的 信号不会干扰样品NMR信号。
• 沸点很低(27℃)易去除,有利于回收样品。
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• 在1H和13C谱中规定:TMS的化学位移值 = 0,位于图谱 的右边。其左边 为正值,在它的右边 为负值。
1H = 0~20 13C = 0~200
(二) 磁性核在外磁场(H0)中的行为 •原子核在外磁场中的自旋取向
核在外磁场中定向排列,其取向是空间方向量子化的。相对
于外磁场方向,可以有(2I + 1 )种取向。
H原 子 核 无磁场
磁量子数m=I,I-1,…,-I,可取2I+1个不同数值。
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•核的进动
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•原子核在外磁场中的能级裂分
布洛赫(Felix Bloch )
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核磁共振原理及图谱分析技巧ppt课件
• 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
磁性核: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。
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2
自旋量子数 I 值与原子核的质量数A和核电荷数 Z (质子数或原子序数)有关。
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15
N
hn
N+
Relaxation
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16
二、核磁共振仪
磁体:永久磁体、电磁体 (低频谱仪) 超导磁体(高频谱仪)
射频频率:60,80,100,300,400,600MHz 射频源:连续波波谱仪,脉冲傅立叶变换波谱仪
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17
脉冲傅立叶变换核磁共振仪 — 固定磁场:超导磁体(含铌合金在液氮温度下
• 核外电子云密度低,屏蔽作用小(σ值小) ,核的
共振吸收向低场(或高频)移动,化学位移增大。
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23
3.3 化学位移的表示方法:
化学位移的差别很小,精确测量十分困难,并因仪器 不同(Bo)而不同,现采用相对数值。
规定:以四甲基硅(TMS)为标准物质,其化学位移为零, 根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定化学位移值。
核磁共振ppt课件
课件2021
32
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2024/2/24
课件2021
33
3.氢键效应
2024/2/24
磁旋比; H0外磁场强度
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8
H0
P
1H E2 =+ (h/4 ) H0
E
E1 =- (h/4 ) H0
E= E2 - E1 = (h/2 ) H0 发生核磁共振时: E= h 0
共振频率 0 = (1/2 ) H0
由此可见,核磁共振吸收频率仅和外磁场强度、
m可以取值: I, I-1…..-I,
外磁场方向有(2I+1)种能 级。
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课件2021
7
o P
(1)与外磁场平行,能量低,
磁量子数m=I=+1/2;
H0
(2)与外磁场相反,能量高,
磁量子数m=-I= -1/2;
o P
(3)自旋角动量P在外磁场的 分量为:Pz=h m
2
分裂的能级为:E =-uz H0=-m (h/2 ) H0
第7章 核磁共振分析
(nuclear magnetic resonance spectroscopy: NMR )
7.1 核磁共振波谱 7.2 1H-核磁共振波谱 7.3 核磁共振谱在材料分析中的应用
现代仪器分析 第六章 核磁共振波谱法PPT课件
E=-μβH0
m=-1
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
2.2 原子核的共振吸收 ➢ 原子核的拉莫尔进动
当将自旋核置于外加磁场H0中时,根据经典力学模型会产 生拉莫尔( Larmor )进动:
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
第一节 概 述 (7)NMR仪器的发展方向
➢ 950MHz、1GHz以上NMR 谱仪——更高灵敏度和分辨率 ➢ 二维、三维和多维核磁谱——利于复杂分子谱线归属; ➢ 固体高分辨NMR 技术、HPLC-NMR 联用技术、碳、氢以外 核的研究——扩展了NMR 的应用范围; ➢ 快速扫描和功能性核磁共振成象技术——提高MRI 应用范围
结论:质量数和电荷数两者或其一为奇数时,才有非零的核自 旋量子数。
I = 0 时,P = 0,原子核无自旋现象 I≥ ½ 时,原子核有自旋现象
I=1/2的原子核
11H ,
163C,
199F ,
175N ,
P 31
15
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。
测试温度测试温度结合测试温结合测试温度需要选择度需要选择合适沸点或合适沸点或凝固点的溶凝固点的溶当当h014092th014092t时1h060mhz1h060mhz即一定条件下化合物中即一定条件下化合物中所有的所有的1h1h同时发生共振产生一条谱线同时发生共振产生一条谱线ch自旋核所处化学环境不同共振频率变化即产生化学位移测量或比较分子结构第第三三节节核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪第第四四节节nmrnmr谱的信息谱的信息第第四四节节nmrnmr谱的信息谱的信息一化学位移在一定的辐射频率下处于不同化学环境的有机化合物中的自旋核产生核磁共振的磁场强度或共振吸收频率不同的现象
m=-1
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
2.2 原子核的共振吸收 ➢ 原子核的拉莫尔进动
当将自旋核置于外加磁场H0中时,根据经典力学模型会产 生拉莫尔( Larmor )进动:
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
第 二 节 核磁共振波谱法的基本原理
第一节 概 述 (7)NMR仪器的发展方向
➢ 950MHz、1GHz以上NMR 谱仪——更高灵敏度和分辨率 ➢ 二维、三维和多维核磁谱——利于复杂分子谱线归属; ➢ 固体高分辨NMR 技术、HPLC-NMR 联用技术、碳、氢以外 核的研究——扩展了NMR 的应用范围; ➢ 快速扫描和功能性核磁共振成象技术——提高MRI 应用范围
结论:质量数和电荷数两者或其一为奇数时,才有非零的核自 旋量子数。
I = 0 时,P = 0,原子核无自旋现象 I≥ ½ 时,原子核有自旋现象
I=1/2的原子核
11H ,
163C,
199F ,
175N ,
P 31
15
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。
测试温度测试温度结合测试温结合测试温度需要选择度需要选择合适沸点或合适沸点或凝固点的溶凝固点的溶当当h014092th014092t时1h060mhz1h060mhz即一定条件下化合物中即一定条件下化合物中所有的所有的1h1h同时发生共振产生一条谱线同时发生共振产生一条谱线ch自旋核所处化学环境不同共振频率变化即产生化学位移测量或比较分子结构第第三三节节核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪第第四四节节nmrnmr谱的信息谱的信息第第四四节节nmrnmr谱的信息谱的信息一化学位移在一定的辐射频率下处于不同化学环境的有机化合物中的自旋核产生核磁共振的磁场强度或共振吸收频率不同的现象
核磁共振(NMR)工作原理及基本操作
根据实验需求选择合适的磁场 强度;
射频频率
与磁场强度相匹配,确保共振 频率正确;
脉冲宽度
根据实验需求选择合适的脉冲 宽度;
扫描速度
根据实验需求选择合适的扫描 速度。
数据处理与分析
数据处理
对采集的原始数据进行预处理,如滤波、基线校正、相位调整等;
数据分析
利用专业软件对处理后的数据进行谱图解析,得到分子结构和动 力学信息;
磁能级跃迁与共振频率
当外加射频场的频率与原子核的磁能级差相等时,原子核会 发生磁能级的跃迁。
这种跃迁过程称为共振,对应的射频场频率称为共振频率。
03
NMR信号的产生与接收
射频脉冲
射频脉冲
01
通过特定频率的电磁波对原子核施加激励,使其从低能态跃迁
到高能态。
脉冲频率
Hale Waihona Puke Baidu
02
根据不同原子核的共振频率,选择合适的脉冲频率以产生共振。
脉冲宽度
03
脉冲的持续时间影响共振的幅度和分辨率。
信号的接收与处理
01
02
03
接收线圈
用于接收核磁共振信号, 通常采用磁感应或电感耦 合方式。
信号放大
对接收到的微弱信号进行 放大,以便后续处理。
滤波与均衡
去除噪声,提高信号的信 噪比。
信号的解析与重建
射频频率
与磁场强度相匹配,确保共振 频率正确;
脉冲宽度
根据实验需求选择合适的脉冲 宽度;
扫描速度
根据实验需求选择合适的扫描 速度。
数据处理与分析
数据处理
对采集的原始数据进行预处理,如滤波、基线校正、相位调整等;
数据分析
利用专业软件对处理后的数据进行谱图解析,得到分子结构和动 力学信息;
磁能级跃迁与共振频率
当外加射频场的频率与原子核的磁能级差相等时,原子核会 发生磁能级的跃迁。
这种跃迁过程称为共振,对应的射频场频率称为共振频率。
03
NMR信号的产生与接收
射频脉冲
射频脉冲
01
通过特定频率的电磁波对原子核施加激励,使其从低能态跃迁
到高能态。
脉冲频率
Hale Waihona Puke Baidu
02
根据不同原子核的共振频率,选择合适的脉冲频率以产生共振。
脉冲宽度
03
脉冲的持续时间影响共振的幅度和分辨率。
信号的接收与处理
01
02
03
接收线圈
用于接收核磁共振信号, 通常采用磁感应或电感耦 合方式。
信号放大
对接收到的微弱信号进行 放大,以便后续处理。
滤波与均衡
去除噪声,提高信号的信 噪比。
信号的解析与重建
NMR解析及应用
自旋耦合:核与核之间的相互作用,导致谱线裂分 裂分类型:双共振裂分、多共振裂分、交叉裂分等 裂分规律:根据自旋耦合常数和磁场强度,可以预测谱线裂分的位置和强度 解析方法:通过分析谱线裂分的位置和强度,可以确定分子结构和构型
分子结构推断
● 氢谱:根据氢质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氢原子种类和数目 ● 碳谱:根据碳质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的碳原子种类和数目 ● 磷谱:根据磷质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的磷原子种类和数目 ● 氮谱:根据氮质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氮原子种类和数目 ● 氧谱:根据氧质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氧原子种类和数目 ● 氟谱:根据氟质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氟原子种类和数目 ● 硫谱:根据硫质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的硫原子种类和数目 ● 硅谱:根据硅质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的硅原子种类和数目 ● 锗谱:根据锗质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的锗原子种类和数目 ● 碘谱:根据碘质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的碘原子种类和数目
化学位移的计算: 通过比较不同化 学环境的氢原子 在NMR谱中的信 号位置,可以计 算出化学位移值。
化学位移的应用: 在结构解析、反 应机理研究、分 子动力学模拟等 方面具有重要应 用。
峰强度
峰强度与分子结构的关系 峰强度与分子浓度的关系 峰强度与核磁共振信号的关系 峰强度与化学位移的关系
分子结构推断
● 氢谱:根据氢质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氢原子种类和数目 ● 碳谱:根据碳质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的碳原子种类和数目 ● 磷谱:根据磷质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的磷原子种类和数目 ● 氮谱:根据氮质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氮原子种类和数目 ● 氧谱:根据氧质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氧原子种类和数目 ● 氟谱:根据氟质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的氟原子种类和数目 ● 硫谱:根据硫质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的硫原子种类和数目 ● 硅谱:根据硅质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的硅原子种类和数目 ● 锗谱:根据锗质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的锗原子种类和数目 ● 碘谱:根据碘质子的化学位移和耦合常数,推断分子中的碘原子种类和数目
化学位移的计算: 通过比较不同化 学环境的氢原子 在NMR谱中的信 号位置,可以计 算出化学位移值。
化学位移的应用: 在结构解析、反 应机理研究、分 子动力学模拟等 方面具有重要应 用。
峰强度
峰强度与分子结构的关系 峰强度与分子浓度的关系 峰强度与核磁共振信号的关系 峰强度与化学位移的关系
核磁共振与核四极矩
顺磁共振谱
核四极矩的实验方法
核磁共振实验:通过 测量核磁共振信号来
获取核四极矩信息
光泵浦磁共振实验: 通过光泵浦磁共振信 号来获取核四极矩信
息
电子顺磁共振实验: 通过测量电子顺磁共 振信号来获取核四极
矩信息
微波激射实验:通过 微波激射信号来获取
核四极矩信息
核四极矩的应用领域
生物领域:用于研究蛋白质 的结构和功能
1
单击添加章节标题
2
核磁共振与核四极 矩的基本概念
核磁共振的定义
核磁共振(NMR)是一种物理现象,当原子核在外部磁场中受到电磁辐射时,会产生 共振吸收。
NMR信号的源自文库度与原子核的磁矩和周围环境的化学键有关。
NMR技术广泛应用于化学、生物、医学等领域,用于研究分子结构和动力学。
NMR实验通常在低温、高压、强磁场等条件下进行。
物制药等。
核磁共振与核四极矩的前沿研究
核磁共振与核四极矩的比 较:原理、应用、优缺点
等
核磁共振与核四极矩的展 望:未来发展趋势、潜在
应用领域等
核磁共振与核四极矩的研 究进展:最新研究成果、
技术突破等
核磁共振与核四极矩在 实际应用中的挑战和解 决方案:如何克服技术 难题、提高测量精度等
THANKS
磁矩发生共振
信号检测:接收器检 测共振信号,转换为
核四极矩的实验方法
核磁共振实验:通过 测量核磁共振信号来
获取核四极矩信息
光泵浦磁共振实验: 通过光泵浦磁共振信 号来获取核四极矩信
息
电子顺磁共振实验: 通过测量电子顺磁共 振信号来获取核四极
矩信息
微波激射实验:通过 微波激射信号来获取
核四极矩信息
核四极矩的应用领域
生物领域:用于研究蛋白质 的结构和功能
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核磁共振与核四极 矩的基本概念
核磁共振的定义
核磁共振(NMR)是一种物理现象,当原子核在外部磁场中受到电磁辐射时,会产生 共振吸收。
NMR信号的源自文库度与原子核的磁矩和周围环境的化学键有关。
NMR技术广泛应用于化学、生物、医学等领域,用于研究分子结构和动力学。
NMR实验通常在低温、高压、强磁场等条件下进行。
物制药等。
核磁共振与核四极矩的前沿研究
核磁共振与核四极矩的比 较:原理、应用、优缺点
等
核磁共振与核四极矩的展 望:未来发展趋势、潜在
应用领域等
核磁共振与核四极矩的研 究进展:最新研究成果、
技术突破等
核磁共振与核四极矩在 实际应用中的挑战和解 决方案:如何克服技术 难题、提高测量精度等
THANKS
磁矩发生共振
信号检测:接收器检 测共振信号,转换为
NMR解释评价及流体识别
量
90° 180°
180°
Spin-echo data
MAP “Inversion” Processing
T2 Spectrum
Amplitude (pu) Incremental Porosity [pu]
RF
TE/2 TE
TE
T2 Decay
T * Decay 2
Signal 1st Spin-Echo 2nd Spin-Echo
很慢
中等
很快
精选ppt
如同医学上的核磁共振成 像有多种不同的方法对不 同的病变进行诊断一样, 核磁共振测井也可以利用 不同的流体以及相同流体 的不同赋存状态在核磁共 振特性上的明显差异,对 孔隙中的流体进行识别和 定量评价。
13
第三节 NMR流体性质识别
原油 润湿性
水湿
混湿
轻质油
中等稠油
稠油
油湿
原油信号
精选ppt
4
第一节 孔隙流体的NMR驰豫机制
·对于盐水,T2主要由T2表面决定;
·对于重油,T2体积为主要影响因素;
·对于中等粘度和轻质油,T2主要由T2体积和T2扩散的组合决定,而且与粘度有关;
·对于天然气,T2主要由T2扩散决定。 精选ppt
5
第二节 NMR确定储层基本物性参数
★核磁共振信号的测
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在有机化合物中,各 种氢核 周围的电子云密度 不同(结构中不同位置) 共振频率有差异,即引起 共振吸收峰的位移,这种 现象称为化学位移。
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1. 化学位移表示方法: 位移的标准 没有完全裸露的氢核,没有绝对的标准。 相对标准:四甲基硅烷 Si(CH3)4 (TMS)
(内标), 位移常数 TMS=0
stronger
locating effect
weaker
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化合物 电负性 δH/ppm
CH3I I:2.5 2.16
CH3Br Br:2.8 2.68
CH3Cl Cl:3.0 3.05
CH3F F:4.0 4.26
化合物 电负性 δH/ppm
C-CH3 C:2.5 0.7~1.9
N-CH3 N:3.0 2.1~3.1
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瑞士的库尔特·维特里希 (Kurt Wüthrich)首先将2D-NMR 的方法用于蛋白质,发展了将2D-NMR和距离几何结合得到 蛋白质在溶液中的空间结构的方法,第一个用NMR方法解析 出蛋白质的空间结构,获得2002年诺贝尔化学奖。
库尔特·维特里希 (Kurt Wüthrich)
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实际上,氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场 作用下,运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场, 起到屏蔽作用,使氢核实际受到的外磁场作用减小:
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1. 化学位移表示方法: 位移的标准 没有完全裸露的氢核,没有绝对的标准。 相对标准:四甲基硅烷 Si(CH3)4 (TMS)
(内标), 位移常数 TMS=0
stronger
locating effect
weaker
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化合物 电负性 δH/ppm
CH3I I:2.5 2.16
CH3Br Br:2.8 2.68
CH3Cl Cl:3.0 3.05
CH3F F:4.0 4.26
化合物 电负性 δH/ppm
C-CH3 C:2.5 0.7~1.9
N-CH3 N:3.0 2.1~3.1
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瑞士的库尔特·维特里希 (Kurt Wüthrich)首先将2D-NMR 的方法用于蛋白质,发展了将2D-NMR和距离几何结合得到 蛋白质在溶液中的空间结构的方法,第一个用NMR方法解析 出蛋白质的空间结构,获得2002年诺贝尔化学奖。
库尔特·维特里希 (Kurt Wüthrich)
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6
实际上,氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场 作用下,运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场, 起到屏蔽作用,使氢核实际受到的外磁场作用减小:
核磁共振氢谱..讲课文档
CH3 Si CH3 CH3
三甲基硅基丙磺酸钠(DSS)
(CH3)3SiCH2CH2CH2SO3Na
CH3
水溶性好
O
CH3 Si CH2 CH2 CH2 S ONa O
CH3
第三十四页,共140页。
几个常用术语之间的关系
δ大 屏蔽小
高频
2
(1)B0
δ小 屏蔽大
低频
第三十五页,共140页。
3.3 影响化学位移的因素
2
(1)B0
质子的化 学位移
质子所在位置感应 磁场的方向和大小
结构因素 介质因素
1H核外电子运动 产生的感应磁场
分子中其它电子运 动产生的感应磁场
与B0反向
与B0反向
与B0同向
屏蔽作用
屏蔽作 用
去屏蔽作用
使化学位移 δ 值减小
使化学位移 δ 值增大
第三十六页,共140页。
1. 诱导效应
吸电子的诱导效应使核外电子云密度降低,起去屏蔽作用,化学位移值 增大;供电子的诱导效应起屏蔽作用,使化学位移减小。诱导效应越强 ,影响越大。
,即在液氦Dewar外面,再加一层液氮容器。
第二十六页,共140页。
2.2 核磁共振氢谱的表示方法
1. 核磁共振谱图
第二十七页,共140页。
第二十八页,共140页。
核磁共振(NMR)基本原理
发生核磁共振吸收现 象。也就是 M被扳倒。
90度
t
Mz(t)M0(1e )T1
180度
脉冲,M扳倒 脉冲,M扳倒
(六)交变磁场作用后—弛豫
磁化矢量朝B0 方向恢复,使核 自旋系统从非平 衡分布恢复到平 衡分布。
纵向弛豫T1 横向弛豫T2
1 纵向弛豫/T1
非平衡态磁化矢量的 纵向分量恢复到初始 磁化矢量M0的过程
(2)磁矩绕静磁 场B0 静动(与陀 螺在重力场中发生 进动类似)。
进动频率 (Larmor频率)
来自百度文库0 B0
(四)静磁场作用整个自旋系统
整个自旋系统被磁化 产生宏观磁化量M0
(M0的变化过程是 核磁测井观测对象)
(五)垂直方向上施加交变磁场
在垂直B0方向上加交 变磁场,频率 ω=ω0=γB0
弛豫速率1/T1
弛豫时间T1
磁能级粒子数发生变 化,自旋体系能量也 要发生变化,自旋与 晶格交换能量,又称 自旋-晶格弛豫。
Mz是以1/T1的速 率按指数恢复到 Z方向的初值。
t
M M0e T2
2 横向弛豫/T2
非平衡态磁化矢量的水 平分量Mxy衰减至零的 过程
弛豫速率1/T2
Mp
Mp0
exp( t T2*
)
(90)x
核磁共振基本原理PPT课件
一.基本原理
1.原子核的自旋:atomic nuclear spin
wenku.baidu.com
原子核和电子一样, 存在自旋.从而有自旋角 动量(ρ)和磁矩μ
如果放在外磁场中,
旋进轨道
自旋轴 自旋的质子
H0
2024/6/22
This paper mainly introduces the design of an intelligent temperature control sy stem which realizes the function of temperature measurement and control by using single bus digital temperature sensor DS18B20 and single chip microcomputer. The core components of the sy stem are AT89C51 microcontroller and DS18B20 temperature sensor.
能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算:
N N ij e x E p ik E T j e
x p E e x h p
k T k T
磁场强度2.3488 T;25C;1H 的共振频率与分配比:
共振 2 频 B 02 .率 6 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
1.原子核的自旋:atomic nuclear spin
wenku.baidu.com
原子核和电子一样, 存在自旋.从而有自旋角 动量(ρ)和磁矩μ
如果放在外磁场中,
旋进轨道
自旋轴 自旋的质子
H0
2024/6/22
This paper mainly introduces the design of an intelligent temperature control sy stem which realizes the function of temperature measurement and control by using single bus digital temperature sensor DS18B20 and single chip microcomputer. The core components of the sy stem are AT89C51 microcontroller and DS18B20 temperature sensor.
能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算:
N N ij e x E p ik E T j e
x p E e x h p
k T k T
磁场强度2.3488 T;25C;1H 的共振频率与分配比:
共振 2 频 B 02 .率 6 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
nmr化学位移与官能团
nmr化学位移与官能团
NMR化学位移与官能团
引言:
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)是一种重要的分析技术,在有机化学和生物化学等领域得到广泛应用。NMR技术可以通过测量分子中原子核固有的磁性来研究分子结构和化学环境。在NMR谱图中,化学位移是一个重要的参数,它与分子中的官能团密切相关。本文将探讨NMR化学位移与官能团之间的关系。
一、NMR化学位移的基本概念
NMR化学位移是指原子核在磁场中共振频率相对于参考化合物(通常为四氢呋喃或二氯甲烷)的偏移量。化学位移用δ表示,单位为ppm(parts per million)。NMR化学位移的大小受到多种因素的影响,其中官能团是一个重要的因素。
二、官能团对NMR化学位移的影响
1. 烷基官能团:烷基官能团对NMR化学位移的影响较小,其化学位移通常位于0-2 ppm之间。
2. 烯烃官能团:烯烃官能团中的双键可以产生磁场效应,使化学位移发生变化。共轭双键会引起化学位移的降低,而孤立的双键则会导致化学位移的升高。
3. 芳香官能团:芳香官能团中的化学位移通常位于6-8 ppm之间。
芳香环中的π电子会产生较强的磁场效应,导致化学位移升高。
4. 羟基官能团:羟基(OH)官能团通常显示较高的化学位移,位于3-5 ppm之间。这是由于羟基的电负性和氢键的形成导致的。
5. 醛和酮官能团:醛和酮官能团中的羰基碳通常显示较高的化学位移,位于180-220 ppm之间。
6. 羰基官能团:羰基官能团中的碳通常显示较低的化学位移,位于160-200 ppm之间。
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原子核的自旋和自旋角动量
原子核有自旋运动,在量子力学中用自旋量子数 I描述原子核的运动 状态。而自旋量子数 I的值又与核的质量数和所带电荷数有关,即与 核中的质子数和中子数有关。
质量数 质子数 中子数 I
典型核
偶数 偶数 偶数 0
12C, 16O, 32S
偶数 奇数 奇数 n/2(n=2,4,…) 2H, 14N
2. 利用各种新的脉冲系列,发展了 NMR 的理论和技术, 在应用方面作了重要的开拓;
3. 提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、 多量子跃迁等 NMR 测定新技术,在归属复杂分子的谱 线方面非常有用。瑞士核磁共振谱学家 R.R.Ernst因在 这方面所作出的贡献,而获得 1991 年诺贝尔化学奖;
I0 的核,因为有自旋,有核磁矩,就能产生核磁共振信号。
原子核的旋磁比
根据式(1)和(3),原子核磁矩 u和自旋角动量 P 之比为一常 数:
=u/P=e*gN/2mP=gN*uN/h
(5)
称为磁旋比,由式(5)可知 与核的质量、所带电荷以及朗德因子有关。
是原子核的基本属性之一,它在核磁共振研究中特别有用。不同 的原子核的 值不同,例如,1H的 =26.752*107T-1·s-1(T:特斯 拉,磁场强度的单位;s:秒);13C的 =6.728*107T-1·s-1。核的 旋磁比 越大,核的磁性越强,在核磁共振中越容易被检测。
自旋角动量 P= h/2 I(I+1)1/2 (1)
自旋角动量 P 是一个矢量,不仅有大小,而且有方向。它在直角 坐标系 z轴上的分量 Pz由下式决定:
Pz= h/2 *m
(2)
m 是原子核的磁量子数,磁量子数 m 的值取决于自旋量子数 I,可取 I、I -1、 I -2… -I,共 2I +1 个不连续的值。这说明 P 是空间方向量子化的。
奇数 偶数 奇数 奇数 偶数
n/2(n=1,3,5,…)
13C, 17O 1H, 19F, 31P, 11B 35Cl, 79Br, 81Br, 127I
原子核的自旋和自旋角动量
与宏观物体旋转时产生角动量(或称为动力矩)一样,原子核在 自旋时也产生角动量。角动量P 的大小与自旋量子数 I有以下关 系:
发展历史
1946 年美国斯坦福大学的 F. Bloch 和哈佛大学 E.M .Purcell领 导的两个研究组首次独立观察到核磁共振信号,由于该重要 的科学发现,他们两人共同荣获 1952 年诺贝尔物理奖。NMR 发展最初阶段的应用局限于物理学领域,主要用于测定原子 核的磁矩等物理常数。
1950 年前后W .G. Proctor等发现处在不同化学环境的同种原子 核有不同的共振频率,即化学位移。接着又发现因相邻自旋 核而引起的多重谱线,即自旋—自旋耦合,这一切开拓了 NMR 在化学领域中的应用和发展。
发展历史
4. 固体高分辨 NMR 技术、HPLC-NMR 联用技术、碳 、氢以外核的研究等多种测定技术的实现大大扩展 了 NMR 的应用范围;
5. 核磁共振成象技术等新的分支学科出现,可无损测 定和观察物体以及生物活体内非均匀体系的图象, 在许多领域有广泛应用,也成为当今医学诊断的重 要手段。
NMR基本原理---原子核的基本属性
20 世纪 60 年代,计算机技术的发展使脉冲傅里叶变换核磁共 振方法和谱仪得以实现和推广,引起了该领域的革命性进步 。随着 NMR 和计算机的理论与技术不断发展并日趋成熟, NMR 无论在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展,具体 表现在以下几方面:
Fra Baidu bibliotek展历史
1. 仪器向更高的磁场发展,以获得更高的灵敏度和分辨率 ,现己有 300、400、500、600MHz,甚至 1000MHz的 超导 NMR 谱仪;
原子核的磁性和磁矩
和自旋角动量一样,核磁矩也是空间方向量子化的,它在 z轴上的 分量 +z也只能取一些不连续的值:
uz=gn*uN*m
(4)
m 为磁量子数,可取 m =I、I -1、I -2… -I.
从式(1)和(3)可知自旋量子数 I =0 的核,如12C、16O、32S 等,自旋角动量 P =0,磁矩u =0,是没有自旋,也没有磁矩的核 ,它们不会产生核磁共振现象。
原子核的质量和所带电荷:原子核由质子和中子组成,其中质 子数目决定了原子核所带电荷数,质子与中子数之和是原子核 的质量。原子核的质量和所带电荷是原子核最基本的属性。 原子核一般的表示方法是在元素符号的左上角标出原子核的质 量数,左下角标出其所带电荷数( 有时也标在元素符号右边 ,一般较少标出)。如:11H, 21D, 126C等。 由于同位素之间有相同的质子数,而中子数不同,即它们所带 电荷数相同而质量数不同,所以原子核的表示方法可简化为只 在元素符号左上角标出质量数,如1H、2D(或2H)、12C 等。
核磁共振谱
胡立宏 研究员
国家新药筛选中心
Simmhulh@mail.shcnc.ac.cn 50801313-212,13601847405
2003-9
Slide number
目录
NMR的基本概念 1H NMR 13C NMR 2 D NMR技术 构型、构象分析 综合结构解析
基本概念
核磁共振(简称为 NMR)是指处于外磁场中的物质原子 核系统受到相应频率( 兆赫数量级的射频)的电磁波作用时 ,在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。检测电磁波被吸收 的情况就可以得到核磁共振波谱。因此,就本质而言,核磁 共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的,属于吸收光谱 (波谱)范畴。根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度 和精细结构可以研究分子结构。
原子核的磁性和磁矩
带正电荷的原子核作自旋运动,就好比是一个通电的线 圈,可产生磁场。因此自旋核相当于一个小的磁体,其 磁性可用核磁矩 u来描述。u也是一个矢量,其方向与P 的方向重合,大小由下式决定:
u=gn*eh/2 mp I(I+1)1/2=gnun I(I+1)1/2 (3) gN称为 g 因子或朗德因子,是一个与核种类有关的因数,可由实 验测得;e为核所带的电荷数;mp为核的质量;un= eh/2mp称作核 磁子,是一个物理常数,常作为核磁矩的单位。