14.核磁共振波谱法（课件）- 《分析化学》同步教学（高教·第四版）

核磁共振波谱法(NMR) 核磁共振法基本原理 化学位移 偶合常数 谱线强度 核磁共振氢谱 解析示例 核磁共振法在医药中应用 核磁共振法技术进展 1.核磁共振波谱法基本原理 1.1 核磁共振法(NMR) : 具有自旋现象的原子核 (磁性核) — 外磁场 — 能阶分裂 — 无线电波照射 — h =E — 原子核吸收能量(共振吸收) — 低能态跃迁至高能态 — 以共振信号强度对照射频率(磁场强度)作图 — 核磁共振波谱 — 结构解析 定性 定量的分析方法. 氢谱( 1 H-NMR) 碳谱(13C-NMR) 1.2 核磁共振仪 磁铁: 产生均匀 稳定 足够强度的磁场. 照射频率发生器: 产生照射无线电波(60cm-300m), 通过照射线圈作用于样品. 信号接受器: 接收核磁共振时产生的感应电流,接收 线圈环绕样品管. 扫描发生器: Helmholtz线圈是扫描线圈,通直流电来 调节磁场强度. 样品管: 插入磁场中,并保持匀速旋转. 1.3原子核的自旋 自旋量子数 I : I = 0 无自旋现象； I  0 有自旋现象。 1.3.1 自旋的分类: A 质量数 Z 原子序数 I 自旋量子数 NMR 原子核 偶 偶 0 无 6C12 、8O16 偶 奇 1 有 1H2 、7N14 奇 偶 ½，3/2 有 6C13 奇 奇 ½，3/2 有 1H1 1.3.2 核磁矩 ( ) 核磁矩: 自旋核周围有磁场,因此有磁矩. 核磁矩方向: 服从右手定则,同自旋轴. 核磁矩大小:  =  P  -磁旋比 P-自旋角动量 自旋核在外磁场中核磁矩(自旋轴)取向(空间量子化)及核磁能级: 共有 (2I+1)个取向,以磁量子数m 表示每一种取向. m = I, I-1, I- 2, …, -I+1, -I 例如: 1H1 I=1/2 2I+1= 2 m = I = +1/2 m = I-1= -1/2 空间量子化:自旋核在外磁场中—核磁距相对外磁场相互作用—核磁距相对外磁场有不同的排列方式(取向)—取向不是任意的—具有量子化特征. 1.4 原子核的共振吸收 1.4.1 原子核的进动: 在外磁场中的原子核, 由于核磁矩与外磁场成一定角度, 原子核除自旋外, 还可绕外磁场方向回旋运动, 这种自旋轴的回旋称 为Larmor 进动. Larmor方程:  =  /2 ·Ho  - 进动频率  - 旋磁比 Ho - 外磁场强度 1.4.2 核磁共振吸收的条件: (1) o =  (电磁波频率=进动频率)  Eo =  E (电磁波能量=能级差) h o = h ·  /2 ·Ho o =  /2 ·Ho (2) m = ±1 (跃迁只能发生在两个相邻能级之间) 1H1 I=1/2 m =+1/2  m = -1/2 2.1.1 局部抗磁屏蔽效应 : 氢核周围有电子 — 电子绕核旋转 —产生电子环流(诱导环流) — 在外磁场作用下 — 产生感生磁场 — 其方向与外磁场相反 — 使氢核实受磁场稍有下降. H = Ho- Ho= Ho (1- )  - 屏蔽常数