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1、第四章 核磁共振波譜分析法一、原子核的自旋atomicnuclearspin二、核磁共振現(xiàn)象nuclearmagneticresonance三、核磁共振條件conditionofnuclearmagneticresonance四、核磁共振波譜儀nuclearmagneticresonancespectrometer第一節(jié) 核磁共振基本原理nuclearmagneticresonancespectroscopy;NMRprinciplesofnuclearmagneticresonance2021/10/7
2、BrukerAvance400MHzBrukerAvance500MHz2021/10/7北京大學(xué)BrukerAvanceIII800MHz2021/10/7BrukerAvanceIIIPLUS800MHz2021/10/7BrukerAvance900MHz2021/10/7VarianMercury300VarianMercury5002021/10/72021/10/7什么是核磁共振在外界磁場的激勵(作用，或者處于磁場中)下，具有磁性（核磁距不為零）的原子核存在著不同的能級，如果此時外加一個能量，
3、使其等于相鄰2個能級之差，則該原子核就可能吸收能量（共振吸收），從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)。這種能量對應(yīng)的頻率在射頻范圍內(nèi)。因此核磁共振就是研究磁性原子核對射頻能的吸收。2021/10/7一、原子核的自旋atomicnuclearspin自旋量子數(shù)（I）不為零的核都具有核磁矩：核磁矩：核磁矩的單位是核磁子，例如：2021/10/7討論:(1)I=0的原子核16O；12C；22S等，無自旋，沒有磁矩，不產(chǎn)生共振吸收(2)I=1或I>1的原子核I=1：2H，14NI=3/2：11B，35Cl，79Br，81BrI=
4、5/2：17O，127I這類原子核的核電荷分布可看作一個橢圓體，電荷分布不均勻，共振吸收復(fù)雜，研究應(yīng)用較少；(3)Ｉ＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P原子核可看作核電荷均勻分布的球體，并象陀螺一樣自旋，有磁矩產(chǎn)生，是核磁共振研究的主要對象，C，H也是有機(jī)化合物的主要組成元素。2021/10/7H0m=1/2m=-1/2m=1m=-1m=0m=2m=1m=0m=-1m=-2I=1/2I=1I=2zzz1Prm=1/2m=-1/2H0HE2=+mB0E1=－mB0△E=E2－E1=2mB02021/
5、10/7二、核磁共振現(xiàn)象nuclearmagneticresonance自旋量子數(shù)I=1/2的原子核（氫核），可當(dāng)作電荷均勻分布的球體，繞自旋軸轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生磁場，類似一個小磁鐵。當(dāng)置于外磁場B0中時，相對于外磁場，有（2I+1）種取向：氫核（I=1/2），兩種取向（兩個能級）：(1)與外磁場平行，能量低，磁量子數(shù)ｍ＝＋1/2;(2)與外磁場相反，能量高，磁量子數(shù)ｍ＝－1/2;2021/10/7兩種取向不完全與外磁場平行，?＝54°24’和125°36’相互作用,產(chǎn)生進(jìn)動(拉莫進(jìn)動)進(jìn)動頻率?0；角速度?0
6、；?0=2??0=?B0?磁旋比；B0外磁場強度；兩種進(jìn)動取向不同的氫核之間的能級差：?E=?B0（?磁矩）2021/10/7三、核磁共振條件conditionofnuclearmagneticresonance在外磁場中，原子核能級產(chǎn)生裂分，由低能級向高能級躍遷，需要吸收能量。能級量子化。射頻振蕩線圈產(chǎn)生電磁波。對于氫核，能級差：?E=?B0（?磁矩）產(chǎn)生共振需吸收的能量：?E=?B0=h?0由拉莫進(jìn)動方程：?0=2??0=?B0;共振條件：?0=?B0/(2?)2021/10/7共振條件(1)核有自旋
7、(自旋量子數(shù)不為零，磁距不為零)(2)外磁場,能級裂分;(3)照射頻率與外磁場的比值滿足：?0/B0=?/(2?)2021/10/7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。2021/10/7討論:共振條件：?0=?B0/(2?)（1）對于同一種核，磁旋比?為定值
8、，B0和射頻頻率?0變化。（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B0和射頻頻率?0不同。（3）固定B0，改變?0（掃頻），不同原子核在不同頻率處發(fā)生共振（圖）。也可固定?0，改變B0（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B0的單位：1高斯（GS）=10-4T（特拉斯）2021/10/7討論:在1950年，Proctor等人研究
