第八章-核磁共振波谱.ppt

核磁共振波谱 NMR
(Nuclear ic Resonance Spectroscopy)
§1 简介
§2 NMR的基本原理
§3 化学位移
§4 自旋偶合与自旋裂分
§5 核磁共振波谱仪
§6 图谱解析
1
§1 简介
英国科学家彼得·曼斯菲尔德和美国科学家保罗·劳特布尔因在核磁共振成像技术领域的突破性成就而一同分享2003年诺贝尔生理学或医学奖。
迄今,已经有六位科学家因在核磁共振研究领域的突出贡献而分别获得诺贝尔物理学、化学、生理学或医学奖。
2
1924年,泡利预见原子核具有自旋和核磁距;
1946年,斯坦福大学布洛赫和哈佛大学珀塞尔分别同时独立地观察到核磁共振现象, 于1952年分享诺贝尔物理奖;
1953年,第一台商品化核磁共振波谱仪问世;
1965年,恩斯特发展出傅里叶变换核磁共振和二维核磁共振,1991年被授予诺贝尔化学奖;
2003年,NMR领域再一次获诺贝尔化学奖;
核磁共振目前已成为最重要的仪器分析手段之一
3
核磁共振成像技术(Nuclear ic Resonance Imaging,简称NMRI),是获取样品平面(断面)上的分布信息,称作核磁共振计算机断层成象,也就是切片扫描方式。核磁共振手段可测定生物组织中含水量分布的图像,这实际上就是质子密度分布的图像。现已对生物组织的病变和其含水量分布的关系作过广泛的研究。病变会使组织中的含水量发生变化,所以,通过水含量分布的情况就可以把病变部位找出来。
4
氢原子核的自旋会沿着它的自转轴产生一个微小的磁场,它本身就好象一个小磁铁。
+
§2 核磁共振基本原理
5
质量数原子序数自旋量子数 I
偶数偶数 0

偶数奇数 1,2,3….
奇数奇数或偶数 1/2;3/2;5/2….
自旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩,原子核的自旋情况可以用(I)表征:
讨论:
(1) I=0 的原子核 O(16);C(12);S(22)等,
无自旋,没有磁矩,不产生共振吸收。
(2) I=1,2,3 ……. 的原子核:2H,14N
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;
7
3)I=1/2,3/2,5/2….的原子核: 1H,13C,9F,31P
原子核的电荷均匀分布,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
自旋量子数 I=1/2的原子核(氢核),可当作电荷均匀分布的球体,绕自旋轴转动时,产生磁场,类似一个小磁铁。
8
当置于外加磁场H0中时,相对于外磁场,可以有(2I+1)种取向:
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;
9
两种取向不完全与外磁场平行,=54°24’和 125°36’
两磁场相互作用,产生拉莫进动频率 0,角速度0;
0= 20=H0
进动频率和外加磁场的关系为:
0= H0 /2
磁旋比;H0外磁场强度;
根据量子力学理论,两种进动取向不同的氢核之间的能级差:E=  hH0/2= H0(磁矩)
10