核磁共振基本原理ppt課件

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1、第六章核磁共振波譜分析法第一節(jié)核磁共振基本原理nuclearmagneticresonancespectroscopy;NMRprinciplesofnuclearmagneticresonance2021/9/14核磁共振波譜學(xué)的發(fā)展1946年，Purcell和Bloch觀察到核磁共振現(xiàn)象。于1952年獲得諾貝爾物理獎2021/9/141945-1951年間，化學(xué)位移和自旋偶合的發(fā)現(xiàn)，NMR技術(shù)的化學(xué)應(yīng)用。1953年世界上第一臺商品化NMR譜儀.1964年世界上第一臺超導(dǎo)磁場的NMR譜儀1971年世界上第一臺脈沖傅立葉變換NMR譜儀20

2、21/9/141976年R.R.Ernst發(fā)表了二維核磁共振的理論和實驗的文章。獲得1991年諾貝爾化學(xué)獎2021/9/141．原子核的自旋:atomicnuclearspin一.基本原理如果放在外磁場中,原子核和電子一樣,存在自旋.從而有自旋角動量(ρ)和磁矩μ2021/9/14核的自旋角動量(ρ)是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子數(shù)(I)來描述。I＝0、1/2、1……h(huán):普朗克常數(shù)I=0，ρ=0，無自旋，不能產(chǎn)生自旋角動量，不會產(chǎn)生共振信號。只有當(dāng)I＞O時，才能發(fā)生共振吸收,產(chǎn)生共振信號。I的取值可用下面關(guān)系判斷：2021/9/142

3、021/9/142.自旋核在外加磁場中的取向(旋轉(zhuǎn)方向)取向數(shù)=2I+1在沒有外磁場時，自旋核的取向是任意的,并且自旋產(chǎn)生的磁場方向也是任意的.如果把H核放在外磁場中,由于磁場間的相互作用,氫核的磁場方向會發(fā)生變化:如:H的I=1/2,則:2021/9/14每一種取向都對映一個能級狀態(tài)，有一個ms。如：1H核：標(biāo)記ms為－1/2和+1/22021/9/14H0m=1/2m=-1/2m=1m=-1m=0m=2m=1m=0m=-1m=-2I=1/2I=1I=2zzz1Prm=1/2m=-1/2H0HE2=+mβH0△E=E2－E1=2mβH0E1

4、=－mβH0自旋核在磁場中的行為2021/9/14能級分布與弛豫過程不同能級上分布的核數(shù)目可由Boltzmann定律計算：磁場強度2.3488T；25?C；1H的共振頻率與分配比：兩能級上核數(shù)目差：1.6?10-5；弛豫(relaxtion)——高能態(tài)的核以非輻射的方式回到低能態(tài)。飽和(saturated)——低能態(tài)的核等于高能態(tài)的核。2021/9/14討論:共振條件：?0=?H0/(2?)（1）對于同一種核，磁旋比?為定值，H0變，射頻頻率?變。（2）不同原子核，磁旋比?不同，產(chǎn)生共振的條件不同，需要的磁場強度H0和射頻頻率?不同。（3）固

5、定H0，改變?（掃頻），不同原子核在不同頻率處發(fā)生共振（圖）。也可固定?，改變H0（掃場）。掃場方式應(yīng)用較多。氫核（1H）：1.409T共振頻率60MHz2.305T共振頻率100MHz磁場強度H0的單位：1高斯（GS）=10-4T（特拉斯）2021/9/14氫核（1H）：14092G共振頻率60MHz2.305T共振頻率100MHz磁場強度H0的單位：1高斯（GS）=10-4T（特拉斯）2021/9/14討論:在1950年，Proctor等人研究發(fā)現(xiàn)：質(zhì)子的共振頻率與其結(jié)構(gòu)（化學(xué)環(huán)境）有關(guān)。在高分辨率下，吸收峰產(chǎn)生化學(xué)位移和裂分，如右圖所示

6、。由有機化合物的核磁共振圖，可獲得質(zhì)子所處化學(xué)環(huán)境的信息，進(jìn)一步確定化合物結(jié)構(gòu)。2021/9/14四、核磁共振波譜儀nuclearmagneticresonancespectrometer1．永久磁鐵：提供外磁場，要求穩(wěn)定性好，均勻，不均勻性小于六千萬分之一。掃場線圈。2．射頻振蕩器：線圈垂直于外磁場，發(fā)射一定頻率的電磁輻射信號。60MHz或100MHz。2021/9/14核磁共振波譜儀2021/9/142021/9/142021/9/143．射頻信號接受器（檢測器）：當(dāng)質(zhì)子的進(jìn)動頻率與輻射頻率相匹配時，發(fā)生能級躍遷，吸收能量，在感應(yīng)線圈中產(chǎn)

7、生毫伏級信號。4．樣品管：外徑5mm的玻璃管,測量過程中旋轉(zhuǎn),磁場作用均勻。2021/9/14NMR譜儀600MHz磁體探頭機柜RF產(chǎn)生RF放大信號檢測數(shù)據(jù)采集控制數(shù)據(jù)信息交流運行控制磁體控制前置放大器計算機數(shù)據(jù)儲存;數(shù)據(jù)處理;總體控制.2021/9/14NMR譜儀:探頭RF接口RF線圈+調(diào)諧元件(電容器)HelmholtzSolenoid2021/9/14RF-CoilinNMRProbes2021/9/14傅立葉變換核磁共振波譜儀不是通過掃場或掃頻產(chǎn)生共振；恒定磁場，施加全頻脈沖，產(chǎn)生共振，采集產(chǎn)生的感應(yīng)電流信號，經(jīng)過傅立葉變換獲得一般核

8、磁共振譜圖。（類似于一臺多道儀）2021/9/142021/9/14超導(dǎo)核磁共振波譜儀：永久磁鐵和電磁鐵：磁場強度<25kG超導(dǎo)磁體：鈮鈦或鈮錫合金等超導(dǎo)材料制備的