核磁共振的基本原理.ppt

1、核磁共振光谱学用频率为兆赫、长波长和低能量的电磁波照射分子。该电磁波可以与暴露在强磁场中的磁芯相互作用，导致磁芯在外部磁场中经历磁能级的共振转变，并产生吸收信号。这种电磁波在射频区域的吸收被称为核磁共振谱。可以看出，核磁共振谱和可见-紫外光谱、红外吸收谱一样，是微观粒子在吸收不同能量的电磁波后，在不同能级上的跃迁。根据核磁共振谱上吸收峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。1946年，一个由美国科学家和科学家领导的研究小组同时发现了核磁共振现象，并获得了1952年的诺贝尔物理学奖。化学家后来发现，分子环境会影响原子核在磁场中的吸收，而这种影响与分子结构密切相关。从那以后，核磁共振的发展非常迅

2、速。1966年出现了高分辨率核磁共振仪，20世纪70年代出现了脉冲傅里叶变换核磁共振仪，进一步提高了灵敏度。近年来，一种新的双共振技术出现了，它改进和扩展了核磁共振的应用，使其成为研究材料结构、有机化学、分析化学和生物化学的重要手段。分子中氢原子的位置；分子中氢原子的相对数量；分子构型。一个样本可以测量多种数据；不仅可以确定纯样本，还可以确定具有非重叠信号的混合样本。不仅可以测定有机物，还可以测定许多无机样品。核磁共振的基本原理：1。原子核的自旋和磁距离；1.原子核的自旋。根据I的值，原子核可以分为三类：1)质子和中子的数目是偶数，I=0，12C，16O，32S 2)如果质子和中子的数目是偶数

3、而另一个是奇数，那么I是半整数I=1/2，1H，32s2) 7Li，9Be，11B，23Na，33S，37Cl，39K I=5/2，17O，25Mg，27Al，55Mn，67Zn 3)中子数和质子数磁场中自旋核的取向和能级。当旋转的原子核被置于均匀的磁场中时，自旋的原子核在磁场中对齐。对于主磁场，应该有2I 1方向。取向数用原子核的磁量子数m表示，称为I，I-1，I-2，-I。换句话说，在外磁场的作用下，核能级分为2I 1。m=1/2e 1=-zb0m=-1/2e 1=zb0e=2z B0=hb0/2，e=-zb0。第二，核磁共振的条件。(1)对于不同的原子核，由于不同的磁自旋比，共振条件是不

4、同的。如果B0是固定的，射频频率值是不同的。(2)对于同一个原子核，共振频率v随外磁场的变化而变化。在1.4092T磁场中，h的共振频率为69MHZ，在2.3500T磁场中为100MHZ。3.弛豫过程：高能态的原子核不是通过辐射回到低能态的过程，但这个过程是一个弛豫过程。1.自旋晶格弛豫(纵向弛豫)，核心周围的分子相当于许多小磁体，这些小磁体快速移动，产生快速变化的小磁场。这是许多不同频率的交变磁场的总和。如果其中一个波场的频率与核自旋产生的磁场的频率一致，那么自旋核将与波场交换能量，也就是说，将能量转移到周围的分子并返回到低能级。结果，具有高能级的原子核的数量减少，并且所有磁性原子核的总能量

5、减少。该过程的经过时间用T1表示，T1越小，纵向弛豫过程的效率越高。一般来说，液体和气体的T1很小，只有几秒钟。因为分子的热运动在固体样品中受到限制，T1非常大，有时需要几个小时。因此，液体样品通常用于测量核磁共振光谱。核心周围的分子相当于许多小磁体，而这些小磁体这是许多不同频率的交变磁场的总和。如果其中一个波场的频率与核自旋产生的磁场的频率一致，那么自旋核将与波场交换能量，也就是说，将能量转移到周围的分子并返回到低能级。结果，具有高能级的原子核的数量减少，并且所有磁性原子核的总能量减少。该过程的经过时间用T1表示，T1越小，纵向弛豫过程的效率越高。一般来说，液体和气体的T1很小，只有几秒钟。

6、因为分子的热运动在固体样品中受到限制，T1非常大，有时需要几个小时。因此，液体样品通常用于测量核磁共振光谱。2.自旋-自旋弛豫(横向弛豫)，其中自旋核吸收能量并在外部磁场的作用下共振，从低能级转变到高能级，并被一定距离内的另一个相邻核探测到。当两个频率相同时，就会发生能量交换。高能原子核向另一个原子核提供能量，然后跳回到低能原子核，这增加了另一个原子核的能量，并跳回到高能原子核。交换能量后，两个原子核的自旋方向相反，处于不同能级的原子核数目不变，系统的总能量不变。这个横向弛豫过程所需的时间用T2表示，气体和液体的平均时间约为1秒。高粘度的固体和液体样品相互靠近，有利于核场和磁场之间的能量转换。

7、因此，T2很小，有时只有10-410-5秒。自旋-自旋弛豫只完成了同类磁核的自旋态交换，对平衡的恢复没有贡献。虽然弛豫时间分为T2时间和T1时间，但每个原子核停留在某个高能级的平均时间只取决于两者中较小的一个。弛豫时间引起的核磁共振信号峰的展宽可以用海森堡测不准原理来估计。根据量子力学，不可能同时精确地确定微粒能量E和测量时间t，但是它们的乘积是常数，即E Th/2，因为E=h，1/2t是由能级宽度E引起的谱线宽度，它与弛豫时间成反比，并且固体样品的T2非常小，所以谱线非常宽，这需要在将固体样品制备成溶液后确定。另外，如果仪器的磁场不均匀，谱线会变宽，这可以通过旋转样品管来改善。理解核磁共振的基本原理：什么是核磁共振？核磁共振的必要条件；了解什么是化学位移以及影响化学