吉林大学《仪器分析》12-核磁共振波谱法

1、第十二章 核磁共振波谱 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy NMR,一、原子核的自旋,若原子核存在自旋，产生核磁矩： 自旋角动量：,I：自旋量子数； h：普朗克常数； 核磁子=eh/2M c；,自旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩：,质量数 原子序数 自旋量子数I 偶数 偶数 0 无自旋，不产生共振吸收 偶数 奇数 1，2，3.共振吸收复杂 奇数 奇数或偶数 1/2 (1H，13C) 核磁共振研究的主要对象 奇数 奇数或偶数 3/2；5/2. 共振吸收复杂,核 磁 矩：,二、 核磁共振现象,1H可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似

2、一个小磁铁。,当置于外加磁场H0中时，有(2I+1)种取向： (1)与外磁场平行，磁量子数1/2; (2)与外磁场相反，1/2;,两种取向不完全与外磁场平行，相互作用，产生进动，进动频率 0； 角速度0； 0 = 20 = H0， 磁旋比； H0外磁场强度； 进动取向不同的氢核之间的能级差：E= H0 (-磁矩),(1) 核有自旋(磁性核)； (2) 外磁场, 能级裂分; (3) 照射频率与外磁场的比值0 /H0 = /(2),三、核磁共振条件,讨论:,质子的共振频率与结构（化学环境）有关。高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分。由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定

3、化合物结构。,四、核磁共振波谱仪,1永久磁铁：提供外磁场。 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。60 MHz或100 MHz。 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，产生信号。,4样品管：外径5 mm的玻璃管，测量过程中旋转。,五、核磁共振与化学位移,理想化的、裸露的氢核；满足共振条件： 0 = H0 / (2 ) 产生单一的吸收峰；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。 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），

4、来抵消屏蔽影响。,有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同，共振频率有差异，引起共振吸收峰的位移，称为化学位移。,化学位移的表示方法,1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 2为什么用TMS作为基准? (1) 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰； (2) 屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭； (3) 化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。,常见结构单元化学位移范围,峰的裂分原因:自旋-自旋偶合 相邻两个氢核之间的自旋偶合（自旋干扰）,六、峰的裂分,峰裂分数：n+1 规律；相邻碳原子上的质子数,峰裂分数,1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； 2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； 3）峰的位移()：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； 4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数。,不足之处：仅能确定质子(氢谱)。,七、谱图解析,6个质子处于完全相同的化学环境，单峰。,例：C6H12O,1700c