第9章核磁共振波谱法 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR 9NMR简介 92MMR基本原理 原子核能级的分裂及其描述 二.能级分布与弛豫过程 化学位移与自旋自旋分裂 93NMR仪器及组成 仪器分类 二.仪器组成
第9章 核磁共振波谱法 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR ) 9.1 NMR简介 9.2 NMR基本原理 一. 原子核能级的分裂及其描述 二. 能级分布与弛豫过程 三. 化学位移与自旋-自旋分裂 9.3 NMR仪器及组成 一. 仪器分类 二. 仪器组成
NMR简介 1.一般认识 令NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射( Radio-frequency radiation) 的吸收,它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强 有力的工具之一,有时亦可进行定量分析。 ◇在强磁场中,原子核发生能级分裂(能级极小:在1.41磁场中,磁能 级差约为25×103,当吸收外来电磁辐射109-1010m4900MH时, 将发生核能级的跃迁产生所谓MMR现象。 射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)吸收—能级跃迁_MMR 斓定有机化合物的结构,HNMR—氢原子的位置,环境以及宫能团和 C骨架上H原子相数目) 与UVV和红外光谱法类似,NMR也属于吸收光谱,只是研究的对 象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收
NMR简介 1. 一般认识 ❖ NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation) 的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强 有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。 ❖ 在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能 级差约为2510-3J)，当吸收外来电磁辐射(109 -1010nm,4-900MHz)时， 将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR现象。 射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)——吸收──能级跃迁──NMR 测定有机化合物的结构， 1HNMR──氢原子的位置、环境以及官能团和 C骨架上的H原子相对数目） ❖ 与UV-Vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对 象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收
2.发展历史 1924年:P预言了NMR的基本理论,即,有些核同时具有自旋和磁 量子数,这些核在磁场中会发生分裂; 1946年: Harvard大学的 Purcel和 Stanford大学的 Bloch各自首次发现并证 实MMR现象,并于1952年分享了Nobe(奖; 1953年:Wrim开始商用仪器开发,并于同年制作了第一台高分辨MMR 仪 1956年: Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响,而这一影 响与物质分子结构有关。 1970年: Fourier(pilse-NMR开始市场化(早期多使用的是连续波 NMR仪器)
2. 发展历史 1924年：Pauli 预言了NMR 的基本理论，即，有些核同时具有自旋和磁 量子数，这些核在磁场中会发生分裂； 1946年：Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证 实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖； 1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨NMR 仪； 1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影 响与物质分子结构有关。 1970年：Fourier(pilsed)-NMR开始市场化（早期多使用的是连续波 NMR 仪器）
91NMR基本原理 原子核能级的分裂及其描述 原子核之量子力学模型 带电原子核自旋—自旋磁场—磁矩μ(沿自旋轴方向) 磁矩的大小与磁场方向的角动量P有关:=yy为磁旋比) 每种核有其固定γ值(H核为268×10Ts-)。其中, 或 2丌 =m(其中m=,I-1,I-2,…-D 2丌 其中h为 Planck常数06.624x10-2erg,sec/;m为磁量子数,其大小由自旋 量子数Ⅰ决定,m共有2+个取值,即角动量P有2I+1个状态!或者 说有2H+l个核磁矩
9.1 NMR基本原理 一.原子核能级的分裂及其描述 1. 原子核之量子力学模型 带电原子核自旋 自旋磁场 磁矩 (沿自旋轴方向) 磁矩 的大小与磁场方向的角动量P 有关： （ 为磁旋比） 每种核有其固定值（H核为2.68×108T-1 s -1 )。其中， 其中h为Planck常数 (6.62410-27erg.sec)；m为磁量子数，其大小由自旋 量子数 I 决定，m 共有2I+1个取值，即角动量 P 有 2I+1 个状态！ 或者 说有 2I+1 个核磁矩。 = P ( m I,I - 1,I - 2,...- I) 2 h m 2 h P m = = = 其 中 或
必须注意:在无外加磁场时,核能级是简并的,各状态的能量相同。 对氢核来说,F=1/2,其m值只能有2x12+1=2个取向:+1/2和-12。 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=+l/2,磁能级较低 与外加磁场方向相反,m=-1/2,磁能级较高 B 磁矩 能量 外加磁场B0 无磁场 E= h 4T B m 啊0 4E=yh 2 Bo 温 E B
必须注意：在无外加磁场时，核能级是简并的，各状态的能量相同。 对氢核来说，I=1/2，其m值只能有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