核磁共振和质谱ppt课件
合集下载
[课件]第十二章 核磁共振谱和质谱简介PPT
![[课件]第十二章 核磁共振谱和质谱简介PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/9b89ea2e6c85ec3a87c2c5d9.png)
M
O C H C H C H C H C H 3 CO 2 2 2 3
+
e
. M
+
+ A + B
.+ C D
关系式为： υ=с/λ
波数：频率的另外一种表示方法，意为在1cm长 度内波的数目，单位为：cm-1 例如400nm的光的频率为1/400×10-7=25000 cm-1
光波的能量：ΔΕ=ћυ
ћ为planck常数
意为光波的频率越大，其能量也越大。 物质分子的某一能级是固定的，其值为 ΔΕ，根据ΔΕ=ћυ ，该分子将能吸收频率为υ的 光波，从基态发生能级跃迁，跃迁到激发态。 当一定波长的光辐射该物质后，其中频率为υ 的光波被分子吸收，出现分子吸收光谱。 物质分子的能级是多种多样的，根据其能 级的大小可以分为电子光谱、振动光谱和转动 光谱三类。
偶合常数与化学键性质有关，与外加磁场强度无关。数 值依赖于偶合氢原子的结构关系。
n
J A -B
A与B是相互偶合的核，n为A 与B之间相隔的化学键数目。
例
3
JH -C -C -H
相互偶合的两组质子，彼此间作用相同，其偶合常数相同。
1）同碳偶合
a b C H C H B r 3 2
J J a b = b a
偶合常数的大小, 表示偶合作用的强弱。它与两个作用 核之间的相对位置、核上的电荷密度、键角、原子序 以及核的磁旋比等因素有关。
O C H C H C C H 3 2 3 H a 与 H c ,H b 与 H c 均 不 发 生 偶 合 a b c
一般，间隔四个单键以上，J值趋于零。一些常见的 偶合常数 （J/HZ）
结 果 三 重 峰
增 强 不 变 减 弱
O C H C H C H C H C H 3 CO 2 2 2 3
+
e
. M
+
+ A + B
.+ C D
关系式为： υ=с/λ
波数：频率的另外一种表示方法，意为在1cm长 度内波的数目，单位为：cm-1 例如400nm的光的频率为1/400×10-7=25000 cm-1
光波的能量：ΔΕ=ћυ
ћ为planck常数
意为光波的频率越大，其能量也越大。 物质分子的某一能级是固定的，其值为 ΔΕ，根据ΔΕ=ћυ ，该分子将能吸收频率为υ的 光波，从基态发生能级跃迁，跃迁到激发态。 当一定波长的光辐射该物质后，其中频率为υ 的光波被分子吸收，出现分子吸收光谱。 物质分子的能级是多种多样的，根据其能 级的大小可以分为电子光谱、振动光谱和转动 光谱三类。
偶合常数与化学键性质有关，与外加磁场强度无关。数 值依赖于偶合氢原子的结构关系。
n
J A -B
A与B是相互偶合的核，n为A 与B之间相隔的化学键数目。
例
3
JH -C -C -H
相互偶合的两组质子，彼此间作用相同，其偶合常数相同。
1）同碳偶合
a b C H C H B r 3 2
J J a b = b a
偶合常数的大小, 表示偶合作用的强弱。它与两个作用 核之间的相对位置、核上的电荷密度、键角、原子序 以及核的磁旋比等因素有关。
O C H C H C C H 3 2 3 H a 与 H c ,H b 与 H c 均 不 发 生 偶 合 a b c
一般，间隔四个单键以上，J值趋于零。一些常见的 偶合常数 （J/HZ）
结 果 三 重 峰
增 强 不 变 减 弱
核磁共振波谱法和质谱简介课件
3）一个分子中有12个等价H和4个等价C，故加入低含量如15%
v/v 的TMS可得到足够强的尖峰。 4）TMS稳定，在大多数有机液体中的溶解性好，沸点低(b.p.
= 27C)，蒸汽压高，可挥发除去，便于回收样品。
5）TMS不溶于水，对于水溶液，有DDS和TSP-d4等钠盐替代品。它们的甲基 H在几乎与TMS相同的位置出峰，亚甲基H出一系列小峰，市售亚甲基H均为 氘代产品。
斯坦福大学 教授布洛赫
在 1946 年 ， 哈 佛 大 学 的 Purcell 与 斯 坦 福 大 学 的 Bloch等人首次发现并证实 核磁共振现象，并因此获 得1952年诺贝尔奖。 目前 NMR波谱是分子科学、材料 科学和医学中研究不同物 质结构、动态和物性的最 有效工具之一。
3
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌 学习目的
通过学习核磁共振波谱法和质谱法了解核磁 共振波谱法和质谱法产生的原理和在分析检测 中的应用。
1
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌 知识要求
第一节 核磁共振波谱法简介 （一）原子核的自旋 磁性核和非磁性核
磁矩
但是，不是所有的原子核都有磁性。
6
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌
v/v 的TMS可得到足够强的尖峰。 4）TMS稳定，在大多数有机液体中的溶解性好，沸点低(b.p.
= 27C)，蒸汽压高，可挥发除去，便于回收样品。
5）TMS不溶于水，对于水溶液，有DDS和TSP-d4等钠盐替代品。它们的甲基 H在几乎与TMS相同的位置出峰，亚甲基H出一系列小峰，市售亚甲基H均为 氘代产品。
斯坦福大学 教授布洛赫
在 1946 年 ， 哈 佛 大 学 的 Purcell 与 斯 坦 福 大 学 的 Bloch等人首次发现并证实 核磁共振现象，并因此获 得1952年诺贝尔奖。 目前 NMR波谱是分子科学、材料 科学和医学中研究不同物 质结构、动态和物性的最 有效工具之一。
3
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌 学习目的
通过学习核磁共振波谱法和质谱法了解核磁 共振波谱法和质谱法产生的原理和在分析检测 中的应用。
1
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌 知识要求
第一节 核磁共振波谱法简介 （一）原子核的自旋 磁性核和非磁性核
磁矩
但是，不是所有的原子核都有磁性。
6
分析化学（第2版） 全国高职高专药品类专业卫文生档部仅供“参十考二，五不能”作规为划科教学依材据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正谢。庆娟 李维斌
核磁共振讲义核磁共振(共59张PPT)
形成的分子内氢键。
R ROHO
H OO
R
R'
H
1. 有两个电负性基团靠近形成氢键的质子，分别通过共价键和氢键产生吸电子 诱导作用，造成较大的去屏蔽效应，使共振发生在低场。
2. 分子间氢键形成的程度与样品浓度、测定时的温度以及溶剂类型等有关，因 此相应的质子化学位移值不固定。在非极性溶剂中，浓度越稀，越不利于形 成氢键。因此随着浓度逐渐减小，能形成氢键的质子共振向高场移动，但分 子内氢键的生成与浓度无关。所以可以用改变浓度的办法区分这两种氢键。
对质子的屏蔽作用较小。 • sp3、sp2和 sp杂化轨道中的 s成分依次增加，成键电子对质子的屏蔽作用依
次减小，δ值应该依次增大。实际测得的乙烷、乙烯和乙炔的质子δ值 分别为 0.88、5.23 和 2.88。
各向异性效应
环电流效应
环外氢受到强的去屏蔽作用: 8.9 环内H 在受到高度的屏蔽作用，: -1.8
耦合种类较少。 • 在 sp3杂化体系中由于单键能自由旋转，同碳上的质子许多是磁等价的
，但是在构象固定等条件下它们不再磁等价、同碳耦合就会发生。 • 在 sp2杂化体系中双键不能自由旋转，同碳质子耦合是常见的。
3J与Karplus公式
3J 是两面角的函数。它们之间的关系可以用 Karplus公式表示： 3JH,H=J0cos2-C (0 90 ) 3JH,H=J180cos2-C (90 180 )
大，共振发生在较低场，值较大。
• 电负性基团越多，吸电子诱导效应的影响越大，相应的质子化学位移 值越大
• 电负性基团的吸电子诱导效应沿化学键延伸，相隔的化学键越多，影响 越小。
相连碳原子的杂化态
• 碳碳单键是碳原子 sp3杂化轨道重叠而成的，而碳碳双键和三键分别是 sp2和 sp杂化轨道形成的。s电子是球形对称的，离碳原子近，而离氢原子较 远。所以杂化轨道中 s成分越多，成键电子越靠近碳核，而离质子较远，
R ROHO
H OO
R
R'
H
1. 有两个电负性基团靠近形成氢键的质子，分别通过共价键和氢键产生吸电子 诱导作用，造成较大的去屏蔽效应，使共振发生在低场。
2. 分子间氢键形成的程度与样品浓度、测定时的温度以及溶剂类型等有关，因 此相应的质子化学位移值不固定。在非极性溶剂中，浓度越稀，越不利于形 成氢键。因此随着浓度逐渐减小，能形成氢键的质子共振向高场移动，但分 子内氢键的生成与浓度无关。所以可以用改变浓度的办法区分这两种氢键。
对质子的屏蔽作用较小。 • sp3、sp2和 sp杂化轨道中的 s成分依次增加，成键电子对质子的屏蔽作用依
次减小，δ值应该依次增大。实际测得的乙烷、乙烯和乙炔的质子δ值 分别为 0.88、5.23 和 2.88。
各向异性效应
环电流效应
环外氢受到强的去屏蔽作用: 8.9 环内H 在受到高度的屏蔽作用，: -1.8
耦合种类较少。 • 在 sp3杂化体系中由于单键能自由旋转，同碳上的质子许多是磁等价的
，但是在构象固定等条件下它们不再磁等价、同碳耦合就会发生。 • 在 sp2杂化体系中双键不能自由旋转，同碳质子耦合是常见的。
3J与Karplus公式
3J 是两面角的函数。它们之间的关系可以用 Karplus公式表示： 3JH,H=J0cos2-C (0 90 ) 3JH,H=J180cos2-C (90 180 )
大，共振发生在较低场，值较大。
• 电负性基团越多，吸电子诱导效应的影响越大，相应的质子化学位移 值越大
• 电负性基团的吸电子诱导效应沿化学键延伸，相隔的化学键越多，影响 越小。
相连碳原子的杂化态
• 碳碳单键是碳原子 sp3杂化轨道重叠而成的，而碳碳双键和三键分别是 sp2和 sp杂化轨道形成的。s电子是球形对称的，离碳原子近，而离氢原子较 远。所以杂化轨道中 s成分越多，成键电子越靠近碳核，而离质子较远，
核磁共振波谱学习课件(共88张PPT)可修改文字
大，屏蔽弱，共振需要 的磁场强度小，在低场出现， 图左侧。
= [(样 - TMS)/ TMS ] ×106
二、影响化学位移的因素
1．电负性--去屏蔽效应
与质子相连元素的电负性越 强，吸电子作用越强，价电子偏 离质子，屏蔽作用减弱，信号峰 在低场出现。
电负性对化学位移的影响
H 3 C B H 3 r C 2 C B H C 3 r (C 2 H ) 2 B H C r 3 (C 2 H ) 3 B H
备的超导线圈；在低温4K，处于超导状 态；磁场强度>100 T
开始时，大电流一次性励磁后，闭合 线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变； 温度升高，“失超”；重新励磁。 超导核磁共振波谱仪：
200～400MHz；600～800MHz。
（2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。 (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数 m ＝－1/2。 谱图解析与结构确定步骤 （1）偶合常数（ J 值）相等 通常两组相互偶合的峰都是相应“内侧”峰偏高，而“外侧”峰偏低，在偶合信号的强峰上画一对相应的斜线，形成屋顶形状。 两种进动取向不同的氢核之间的能级差： 恒定磁场，施加全频脉冲，产生共振，采集产生的感应电流信号，经过傅里叶变换获得一般核磁共振谱图。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。 磁各向异性是指质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽作用不同的现象。 为什么1H比6H的化学位移大？ （2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈； 方向相同，核所感受到的实际磁场 B有效 大于外磁场。 傅里叶变换核磁共振波谱仪需要纯试样品 1 mg 。
= [(样 - TMS)/ TMS ] ×106
二、影响化学位移的因素
1．电负性--去屏蔽效应
与质子相连元素的电负性越 强，吸电子作用越强，价电子偏 离质子，屏蔽作用减弱，信号峰 在低场出现。
电负性对化学位移的影响
H 3 C B H 3 r C 2 C B H C 3 r (C 2 H ) 2 B H C r 3 (C 2 H ) 3 B H
备的超导线圈；在低温4K，处于超导状 态；磁场强度>100 T
开始时，大电流一次性励磁后，闭合 线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变； 温度升高，“失超”；重新励磁。 超导核磁共振波谱仪：
200～400MHz；600～800MHz。
（2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。 (2)与外磁场相反，能量高，磁量子数 m ＝－1/2。 谱图解析与结构确定步骤 （1）偶合常数（ J 值）相等 通常两组相互偶合的峰都是相应“内侧”峰偏高，而“外侧”峰偏低，在偶合信号的强峰上画一对相应的斜线，形成屋顶形状。 两种进动取向不同的氢核之间的能级差： 恒定磁场，施加全频脉冲，产生共振，采集产生的感应电流信号，经过傅里叶变换获得一般核磁共振谱图。 没有直接与吸电子基团（或元素）相连，在高场出现。 磁各向异性是指质子在分子中所处的空间位置不同，屏蔽作用不同的现象。 为什么1H比6H的化学位移大？ （2）试样中加入几滴D2O，摇荡片刻，试样中的–OH或 –NH2基中的1H被重氢D交换。 超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材料制备的超导线圈； 方向相同，核所感受到的实际磁场 B有效 大于外磁场。 傅里叶变换核磁共振波谱仪需要纯试样品 1 mg 。
核磁共振和质谱
• 烯烃是平面型分子，当双键的平面垂直于 • 磁场时，其电子在垂直于磁场方向上也 • 能形成环流和感应磁场，该感应磁场在双
H C
H
C
• 键平面的上、下方形成屏蔽区，而在双键 H
• 平面的外侧形成去屏蔽区。 • 而烯碳上的氢正好处于去屏蔽区，使其吸
H
H感
H0
• 收移向低场, 值增大。这就是为什么烯氢 值较大的原因。
H HH
- 1.8 HH
H
H 8.9
H
• 2.双键和三键化合物的各向异性
• 在上学期我们学过，不同杂化类型的C，电负性也不同，其大小 为：Csp＞Csp2＞Csp3
• 电负性越大，去屏蔽效应越大，所联质子的值越大。因此，烷、 烯、炔烃质子的应该有： H－Csp＞H－Csp2＞H－Csp3
• 可实际上，乙炔氢为2.88，乙烯氢为5.84，乙烷氢为0.96，乙烯 氢大于乙炔氢，这是由于除了诱导效应外，在双键和三键上也存 在着各向异性效应。
• 在质谱分析中，只需要微量样品就可测出被测物质的相对分子量、 分子式和许多分子结构的信息。再配合其它仪器测试方法，如 NMR、IR、UV等，就能准确测定出有机化合物的结构。尤其是 让质谱和色谱联用，质谱和计算机联用，更增加了质谱的测试范 围和能力，使它成为结构分析领域中不可缺少的工具。
12.1 核磁共振的基本原理
• 核磁共振仪根据磁场源不同分为：永久磁铁、电磁铁、超导磁等
• 根据交变频率的大小分为：60MHz，90MHz，100MHz， 220MHz，250MHz，300MHz等，频率越高，分辨率越高。
12.2 屏蔽效应和化学位移
• 一、屏蔽效应
• 根据核磁共振的条件：hv =
E=
h
核磁共振谱图解析 ppt课件
PPT课件
33
用NOESY方法对异构体的鉴别
•
在有机合成反应中会经常出现异构体 ,在异构体构型的鉴别 中，NOE是一种非常有效的手段。NOE谱对有机化合物结构、构 型、构象的鉴定能够提供重要信息. NOE谱可以采用一维方式或 二维方式 ,我们通常都采用二维谱图的方式，因为二维谱方便快 捷，可观察的信息全。 • NOE主要用来确定两种质子在分子立体空间结构中是否距 离相近。要求两种质子的空间距离小于5A. 从以上可以看出 NOE和空间因素很有关系,和相隔的化学键数无关，所以在分析 NOE谱图时候,一定要能画出结构的立体构型以便解析。下面是 用NOE方法来鉴别异构体的简单例子。
下面是四氢糖醇的结构图,可以看出手性碳对2,3,4,5位氢的空间上的影响.
PPT课件
2.5
1.188 2.373
2.0
2.944
4 5
4
1.000
1.5
1.955 1.941 1.936 1.922 1.918 1.910 1.907 1.904 1.899 1.895 1.884 1.867 1.853 1.848 1.664 1.658 1.650 1.645 1.638 1.632 1.628 1.619 1.610 1.602 1.589
10-14 (DMSO); 7-10 (CDCl3) 8-10 (峰型尖锐) 5-8 (并且两个氢会分开) 7-13 9-12
PPT课件
12
PPT课件
13
PPT课件
14
PPT课件
15
PPT课件
16
PPT课件
17
PPT课件
18
PPT课件
19
PPT课件
20
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
34 6 1 N 6 . 626 10 100 . 00 10 J s s i exp 0 . 9999 23 1 N . 38066 10 298 J K K j 1
*
核磁共振产生的条件：
(1) 核有自旋(磁性核)
(2)外磁场,使能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / B0 = / (2 )
*
三.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：
E E N E h i j i exp exp exp N kT kT j kT
（1）一些原子核像电子一样存在自旋现象， 因而有自旋角动量： I为自旋量子数 角动量： （2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会 产生 核磁矩：m
= P
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核具有不同的
磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。
.79270 .70216 1 2 13 0
两能级上核数目差：百万分之十；
*
驰豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到
低能态
弛豫就是用来描述自旋“忘记”特定指向状态的速度。
•纵向驰豫也称自旋-晶格驰豫
而回到低能级，这种释放能量的方式称为纵向驰豫。 处在高能级的核将能量以热能形式转移给周围分子骨架（晶格）中的其它核， 周围的粒子，对固体样品是指晶格，对液体样品指周围的同类分子或溶剂分子。
横向驰豫也称自旋-自旋驰豫
自旋核之间进行内部的能量交换，高能态的核将能量转移给低能级的核，使它 变成高能态而自身返回低能态，这种释放能量的方式称为横向驰豫。
*
NMR的形成
B0
FID
两能级上核数目差N/N= exp(- E/kT)
*
四.核磁共振波谱仪：
1．永久磁铁：提供外磁场，要
求稳定性好，均匀，不均匀性 小于六千万分之一。扫场线圈。
2 ．射频振荡器：线圈垂直于 外磁场，发射一定频率的电磁 辐射信号。60MHz或 100MHz，…….
*
3 ．射频信号接受器（检测 器）： 当质子的进动频率与辐射频率 相匹配时，发生能级跃迁，吸 收能量，在感应线圈中产生毫 伏级信号。
4．探头：有外径5mm的玻璃样品管座, 发射线圈，接收线圈，预放大器和变温 元件等。样品管座处于线圈的中心，测量过程中旋转, 磁场作用均匀。发射线圈 和接收线圈相互垂直。
12
偶数 偶数
*
偶数 奇数
0 1，2，3……
C6 , O8 , S16
16
32
I 1, 2H1 ,14 N 7 , I 3,10 B5
讨论:
(1) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆 体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用 较少；
H
C
*
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很像磁棒，在外加磁场
下，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核才具有磁矩
质量数（a） 原子序数（Z） 自旋量子（I） 奇数 奇或偶
1 3 5 , , 2 2 2
例子
1 I ,1H 1 , 13C6 ,19 F9 ,15 N 7 2 3 5 I ,11B5 , 35 Cl17 , I ,17 O8 2 2
（1）在很强的外磁场中，某些磁 性原子核可以分裂成两个或更多 的量子化能级。 （2）用一个能量恰好等于分裂后相 邻能级差的电磁波照射，该核就可以 吸收此频率的波，发生能级跃迁，从 而产生 NMR 吸收。
*
NMR的形成
o P
I ≥1/2
P: 原子核的角动量
:
:
磁矩
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁旋比
*
一、
原子核的自旋
(2)Ｉ＝1/2的原子核
如1H，13C
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。
*
二、 核磁共振现象：
氢核（I=1/2），两种取向（两
个能级）：
(1) 与外磁场平行，能量低，磁 量子数ｍ＝+ 1/2;
(2) 与外磁场相反，能量高， 磁量子数ｍ＝- 1/2;
核磁共振和质 谱
基本原理：
• 根据量子力学原理，原子核与电子一样， 也具有自旋角动量（ P ），其自旋角动量 的具体数值由原子核的自旋量子数决定 （I）。不同类型的原子核自旋量子数也不 同。
• 某种特定的原子核，在给定的外加磁场中， 只吸收某一特定频率射频场提供的能量， 这样就形成了一个核磁共振信号。
例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ，13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的1/8 左右。
（2）对同一种核，当外磁场强度改变时，共振频率也随之而变。
例如，氢核在1.409 T 的磁场中，共振频率为60 MHZ ；而在2.350 T 时， 为100 MHZ。
自旋量子数：
• I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球 体； • I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均 匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P 的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均 匀的自旋球体； • I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布 不均匀的自旋椭圆体。
NMR方法：
*
自旋核在磁场中的行为：
1H
E2 =+ （h/4 ） B0 E E1 =－ （h/4 ） B0 磁旋比； B0外磁场强度
B0
P
E= E2 － E1 = （h/2 ） B0
发生核磁共振时： E= h 0
共振频率 0 = （1/2 ） B0
*
总结：
（1）在相同 强度的外磁场下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。
*
样品的制备：
试样浓度：5-10%；需要纯样品15-30 mg； 傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1 mg ；
34 6 1 N 6 . 626 10 100 . 00 10 J s s i exp 0 . 9999 23 1 N . 38066 10 298 J K K j 1
*
核磁共振产生的条件：
(1) 核有自旋(磁性核)
(2)外磁场,使能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / B0 = / (2 )
*
三.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：
E E N E h i j i exp exp exp N kT kT j kT
（1）一些原子核像电子一样存在自旋现象， 因而有自旋角动量： I为自旋量子数 角动量： （2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会 产生 核磁矩：m
= P
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核具有不同的
磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。
.79270 .70216 1 2 13 0
两能级上核数目差：百万分之十；
*
驰豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到
低能态
弛豫就是用来描述自旋“忘记”特定指向状态的速度。
•纵向驰豫也称自旋-晶格驰豫
而回到低能级，这种释放能量的方式称为纵向驰豫。 处在高能级的核将能量以热能形式转移给周围分子骨架（晶格）中的其它核， 周围的粒子，对固体样品是指晶格，对液体样品指周围的同类分子或溶剂分子。
横向驰豫也称自旋-自旋驰豫
自旋核之间进行内部的能量交换，高能态的核将能量转移给低能级的核，使它 变成高能态而自身返回低能态，这种释放能量的方式称为横向驰豫。
*
NMR的形成
B0
FID
两能级上核数目差N/N= exp(- E/kT)
*
四.核磁共振波谱仪：
1．永久磁铁：提供外磁场，要
求稳定性好，均匀，不均匀性 小于六千万分之一。扫场线圈。
2 ．射频振荡器：线圈垂直于 外磁场，发射一定频率的电磁 辐射信号。60MHz或 100MHz，…….
*
3 ．射频信号接受器（检测 器）： 当质子的进动频率与辐射频率 相匹配时，发生能级跃迁，吸 收能量，在感应线圈中产生毫 伏级信号。
4．探头：有外径5mm的玻璃样品管座, 发射线圈，接收线圈，预放大器和变温 元件等。样品管座处于线圈的中心，测量过程中旋转, 磁场作用均匀。发射线圈 和接收线圈相互垂直。
12
偶数 偶数
*
偶数 奇数
0 1，2，3……
C6 , O8 , S16
16
32
I 1, 2H1 ,14 N 7 , I 3,10 B5
讨论:
(1) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆 体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用 较少；
H
C
*
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很像磁棒，在外加磁场
下，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核才具有磁矩
质量数（a） 原子序数（Z） 自旋量子（I） 奇数 奇或偶
1 3 5 , , 2 2 2
例子
1 I ,1H 1 , 13C6 ,19 F9 ,15 N 7 2 3 5 I ,11B5 , 35 Cl17 , I ,17 O8 2 2
（1）在很强的外磁场中，某些磁 性原子核可以分裂成两个或更多 的量子化能级。 （2）用一个能量恰好等于分裂后相 邻能级差的电磁波照射，该核就可以 吸收此频率的波，发生能级跃迁，从 而产生 NMR 吸收。
*
NMR的形成
o P
I ≥1/2
P: 原子核的角动量
:
:
磁矩
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁旋比
*
一、
原子核的自旋
(2)Ｉ＝1/2的原子核
如1H，13C
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。
*
二、 核磁共振现象：
氢核（I=1/2），两种取向（两
个能级）：
(1) 与外磁场平行，能量低，磁 量子数ｍ＝+ 1/2;
(2) 与外磁场相反，能量高， 磁量子数ｍ＝- 1/2;
核磁共振和质 谱
基本原理：
• 根据量子力学原理，原子核与电子一样， 也具有自旋角动量（ P ），其自旋角动量 的具体数值由原子核的自旋量子数决定 （I）。不同类型的原子核自旋量子数也不 同。
• 某种特定的原子核，在给定的外加磁场中， 只吸收某一特定频率射频场提供的能量， 这样就形成了一个核磁共振信号。
例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ，13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的1/8 左右。
（2）对同一种核，当外磁场强度改变时，共振频率也随之而变。
例如，氢核在1.409 T 的磁场中，共振频率为60 MHZ ；而在2.350 T 时， 为100 MHZ。
自旋量子数：
• I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球 体； • I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均 匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P 的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均 匀的自旋球体； • I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布 不均匀的自旋椭圆体。
NMR方法：
*
自旋核在磁场中的行为：
1H
E2 =+ （h/4 ） B0 E E1 =－ （h/4 ） B0 磁旋比； B0外磁场强度
B0
P
E= E2 － E1 = （h/2 ） B0
发生核磁共振时： E= h 0
共振频率 0 = （1/2 ） B0
*
总结：
（1）在相同 强度的外磁场下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。
*
样品的制备：
试样浓度：5-10%；需要纯样品15-30 mg； 傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1 mg ；