核磁共振光谱法第一节PPT课件.ppt
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1、第一节 NMR基本原理,一、原子核的磁性质(一)、原子核的自旋1、自旋运动原子核是具有一定质量和体积的粒子,实验证明,大多数原子核都围绕着某个轴自身作旋转运动,这种自身旋转运动称为原子核的自旋运动。2、自旋角动量有机械的旋转就有角动量产生。原子核由于自旋产生的角动量是一个矢量,其方向服从右手螺旋定则,与自旋轴重合,见右图:根据量子力学,可以计算出自旋角动量的绝对值:,I的变化是不连续的,只能取0、半整数、整数,而不能取其它值。实践证明,I与原子质量数a、原子序数Z有下列关系:,讨论:,(1)I=0 的原子核 16 O;12 C;32 S等,无自 旋,没有磁矩,不产生共振吸收(2)I=1 或 I
2、 0的原子核 I=1:2H,14N I=3/2:11B,35Cl,79Br,81Br I=5/2:17O,127I,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;(3)1/2的原子核 1H,13C,19F,31P 原子核可看作核电荷均匀分布的球体,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,1H,13C也是有机化合物的主要组成元素。本章只讲 1H NMR。,(二)、原子核的磁距,原子核是带正电荷的粒子,当它围绕自旋轴运动时,电荷也围绕自旋轴旋转,产生循环电流,从而产生磁场,这种磁性质一般用磁距表示。磁距的方向沿自旋轴,大小与角动量P成正比。,自
3、旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩,核磁矩 rP r/Pr:旋磁比,不同的核有不同的r值,可以作为描述原子核特性的参数。,(三)、原子核的自旋取向和能量,无外加磁场,原子核的自旋取向是任意的;有外加磁场,原子核就会相对于外加磁场发生自旋取向。按照量子力学理论,原子核的自旋取向数2I1例如:1H核的I1/2,在外加磁场中,其自旋取向数2第一种取向:磁距与外加磁场H0方向一致;第二种取向:磁距与外加磁场H0方向相反。两种取向不完全与外磁场平行,5424 和 125 36原子核在磁场中的每一种取向,都代表了原子核某一特定能级,并可用一个磁量子数m表示,m的取值为I、I-1、I-2、-I,共2I1个。
4、也就是说,无外加磁场存在时,原子核只有一个简单的能级,但在外加磁场作用下,原来简单的能级就要分裂为2I1个能级。,拉摩尔进动(Larmor precession),氢核的两种自旋取向与外磁场方向不完全平行,外磁场就要使氢核取向于外磁场的方向,也就是说,当具有磁距的原子核置于外磁场中,它在外磁场的作用下,核自旋产生的磁场与外磁场发生相互作用,因而原子核的运动状态除了自旋之外,还要附加一个以外磁场方向为轴线的回旋,核一面自旋,一面围绕着磁场方向发生回旋,这种回旋运动称为进动(precession)或拉摩尔进动(Larmor precession)。它类似于陀螺的旋转,陀螺旋转时,当陀螺的旋转轴与重
5、力的方向有偏差时,就产生摇头运动,这就是进动。进动时有一定的频率,称为拉摩尔频率。,据电磁理论,核在磁场中具有的能量E:E1=H H0(m=+1/2)E2=+H H0(m=-1/2)E=E2 E1=2H H0 H自旋核的磁距,两种取向不完全与外磁场平行,5424 和 125 36,自旋核的角速度0,进动频率0与外磁场强度H0的关系为:020rH0(r为各种核的旋磁比,不同核有固定的值),例如:1H:I=1/2 m=+1/2 与H0方向一致,能级较低;m=-1/2 与H0方向相反,能级较高。,二、核磁共振条件,无外加磁场存在时,1H核只有一个简单的能级,但在外加磁场作用下,原来简单的能级就要分裂
6、为2个能级。两能级的能量差与核磁距有关,也和外加磁场强度有关 E=2H H0。因此一个1H核要从低能态向高能态跃迁,就必须吸收2H H0的能量。换言之,1H核吸收2H H0的能量后,便产生核磁共振,此时射频频率0进动频率,射频振荡线圈产生电磁波。,产生共振需吸收的能量:E 2 H H0 h0(1)0射频频率(在射频范围)进动频率,进动核便与辐射光子相互作用(共振),体系吸收能量,核由低能态跃迁到高能态。由拉莫进动方程:020rH0 改写可得:共振条件:0rH0/(2)此为发生核磁共振的条件,即发生共振时,射频的频率与外磁场强度的关系。,共振条件,(1)核有自旋(磁性核)(2)外磁场,能级裂分;
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- 核磁共振 光谱 第一节 PPT 课件
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