波譜分析 核磁共振課件

核磁共振（NMR）核磁共振（NMR）1概述核磁共振譜（NMR）與紅外、紫外一樣，都屬于吸收光譜。概述核磁共振譜（NMR）與紅外、紫外一樣，都屬于吸收光譜。2紅外光譜是由分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷產(chǎn)生的吸收光譜紫外-可見吸收光譜來源于分子的電子能級(jí)間的躍遷核磁共振是分子中原子核自旋能級(jí)的躍遷產(chǎn)生的吸收光譜。在NMR中電磁輻射的頻率為兆赫數(shù)量級(jí)，屬于射頻區(qū)，但是射頻輻射只有置于強(qiáng)磁場(chǎng)F的原子核才會(huì)發(fā)生能級(jí)間的躍遷，即發(fā)生能級(jí)裂分。當(dāng)吸收的輻射能量與核能級(jí)差相等時(shí)，就發(fā)生能級(jí)躍遷，從而產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。紅外光譜是由分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷產(chǎn)生的吸收光譜3核磁共振譜常按測(cè)定的核分類，測(cè)定氫核的稱為氫譜(1HNMR)；測(cè)定碳-13的稱為碳譜(13CNMR)。核磁共振譜不僅給出基團(tuán)的種類，而且能提供基團(tuán)在分子中的位置。在定量上NMR也相當(dāng)可靠。高分辨1HNMR還能根據(jù)磁偶合規(guī)律確定核及電子所處環(huán)境的細(xì)小差別，從而研究高分子構(gòu)型和共聚序列分布等結(jié)構(gòu)問題的有力手段；而13CNMR主要提供高分子碳一碳骨架的結(jié)構(gòu)信息。核磁共振譜常按測(cè)定的核分類，測(cè)定氫核的稱為氫譜(1HNMR4核磁共振基本知識(shí)一、原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件1.原子核的自旋量子數(shù)I不能為零p為自旋角動(dòng)量，是量子化的，由自旋量子數(shù)I確定。核磁共振基本知識(shí)一、原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件p為自旋角動(dòng)5只有當(dāng)I≠0時(shí)，才有自旋角動(dòng)量，才能產(chǎn)生磁矩！有磁矩才有核磁共振！只有當(dāng)I≠0時(shí)，才有自旋角動(dòng)量，才能產(chǎn)生磁矩！有磁矩才有核磁6原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件自旋的核有一定的角動(dòng)量，為一矢量核帶電，核電荷自旋時(shí)有一定的核磁矩，也為一矢量在沒有外加電場(chǎng)作用的時(shí)候，由于原子核的質(zhì)量和電荷同時(shí)作自旋運(yùn)動(dòng)，兩矢量平行。2.有自旋的原子核必須置于一外加磁場(chǎng)H0中，使核磁能級(jí)發(fā)生分裂。原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件自旋的核有一定的角動(dòng)量，為一矢量7拉莫爾進(jìn)動(dòng)當(dāng)自旋的原子核置于外磁場(chǎng)H0時(shí)，由于磁矩與磁場(chǎng)的作用，原子核的自旋運(yùn)動(dòng)就像一個(gè)陀螺一樣進(jìn)行旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，也稱拉莫爾進(jìn)動(dòng)。質(zhì)子在磁場(chǎng)H0下的旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)拉莫爾進(jìn)動(dòng)當(dāng)自旋的原子核置于外磁場(chǎng)H0時(shí)，由于磁矩與磁場(chǎng)的作8能級(jí)分裂以質(zhì)子為例，當(dāng)施加外磁場(chǎng)H0時(shí)，根據(jù)量子力學(xué)原理，核磁矩對(duì)于固定磁場(chǎng)只能有（2I+1）個(gè)取向，即兩個(gè)取向。與外磁場(chǎng)相同與相反方向。相同為低能態(tài)，相反為高能態(tài)。外加磁場(chǎng)H0使自旋原子核的核磁能級(jí)發(fā)生分裂。能級(jí)分裂以質(zhì)子為例，當(dāng)施加外磁場(chǎng)H0時(shí)，根據(jù)量子力學(xué)原理，核9原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件3.必須有一外加頻率為ν的電磁輻射，其能量正好是作拉莫爾運(yùn)動(dòng)的原子核的兩能級(jí)之差，才能被原子核吸收，使其從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，從而發(fā)生核磁共振吸收。其中ΔE——1H核兩能級(jí)差，γ——為磁旋比，為核的特征常數(shù)h——普朗克常數(shù)H0——外加的磁場(chǎng)強(qiáng)度原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件3.必須有一外加頻率為ν的電磁輻10要使原子核發(fā)生核磁共振，必須吸收頻率為ν的電磁輻射，它的能量等于兩能級(jí)差當(dāng)H0一定時(shí)，改變不同的頻率ν，總可以找到一個(gè)ν使之發(fā)生共振；在核磁共振技術(shù)中，稱為掃頻；當(dāng)固定ν，不斷改變H0，總可以找到一個(gè)H0使之發(fā)生共振，稱為掃場(chǎng)。要使原子核發(fā)生核磁共振，必須吸收頻率為ν的電磁輻射，它的能量11三、化學(xué)位移在有機(jī)化合物中，各種氫核周圍的電子云密度不同（結(jié)構(gòu)中不同位置）共振頻率有差異，即引起共振吸收峰的位移，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移。但V0與H0有關(guān)，不同的儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)難以比較，故需引入化學(xué)位移的概念。三、化學(xué)位移在有機(jī)化合物中，各種氫核周圍的電子云密度不同（121.屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)位移核外電子云在外磁場(chǎng)的作用下，傾向于在垂直磁場(chǎng)的平面里作環(huán)流運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)與外磁場(chǎng)反向的感應(yīng)磁場(chǎng)，因而核實(shí)際所受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱。1.屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)位移核外電子云在外磁場(chǎng)的作用下，傾向于在13在分子體系中，同種核所處的化學(xué)環(huán)境不同，核外電子云密度不同，產(chǎn)生的屏蔽作用就不同，處于不同化學(xué)環(huán)境的同種核的共振頻率不同。由于核周圍分子環(huán)境不同而使其共振頻率發(fā)生位移的現(xiàn)象叫做化學(xué)位移。σ為原子核的屏蔽常數(shù)（數(shù)值為10-5數(shù)量級(jí)）在分子體系中，同種核所處的化學(xué)環(huán)境不同，核外電子云密度不同，14例：乙醇的分子式中有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫核，甲基（-CH3）、亞甲基（>CH2）和羥基（-OH）。甲基氫核的σ最大，峰出現(xiàn)在高場(chǎng)，其次是亞甲基，羥基的氫核磁屏蔽最小，在低場(chǎng)出峰。例：乙醇的分子式中有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫核，甲基（-CH3）152.化學(xué)位移的標(biāo)度氫核磁共振所采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是四甲基硅烷（TMS），其氫核所受的屏蔽效應(yīng)比絕大多數(shù)其他氫核都大，規(guī)定TMS的化學(xué)位移δ=0Hz，其他氫核的化學(xué)位移一般都在其一側(cè)。2.化學(xué)位移的標(biāo)度氫核磁共振所采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是四甲基硅烷（T16第一章波譜分析核磁共振課件173.影響化學(xué)位移的因素核外電子云密度的影響-電負(fù)性的作用與質(zhì)子相連元素的電負(fù)性越強(qiáng)，吸電子作用越強(qiáng)，價(jià)電子偏離質(zhì)子，屏蔽作用減弱，化學(xué)位移較大，信號(hào)峰在低場(chǎng)出現(xiàn)。3.影響化學(xué)位移的因素核外電子云密度的影響-電負(fù)性的作用18磁的各向異性效應(yīng)質(zhì)子在分子中所處的空間位置不同，屏蔽作用的不同的現(xiàn)象稱為磁各向異性效應(yīng)。在外磁場(chǎng)作用下，環(huán)電子流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁力線是閉合的，與外磁場(chǎng)反向的磁力線部位起屏蔽作用，而同向的磁力線部位起去屏蔽作用。處于屏蔽區(qū)的氫核，其化學(xué)位移在高場(chǎng)處于去屏蔽區(qū)的氫核，其化學(xué)位移在低場(chǎng)。磁的各向異性效應(yīng)質(zhì)子在分子中所處的空間位置不同，屏蔽作用的不19苯環(huán)+為屏蔽區(qū)；-為去屏蔽區(qū)苯環(huán)上的氫在去屏蔽區(qū)，在低場(chǎng)出峰（δ=7）苯環(huán)+為屏蔽區(qū)；-為去屏蔽區(qū)苯環(huán)上的氫在去屏蔽區(qū)，在低場(chǎng)出20雙鍵雙鍵的質(zhì)子也收到雙鍵各向異性的影響，處于去屏蔽部位，在低場(chǎng)出現(xiàn)（δ=7.8~10.5）雙鍵雙鍵的質(zhì)子也收到雙鍵各向異性的影響，處于去屏蔽部位，在低21三鍵三鍵22其他影響因素氫鍵：

形成氫鍵后1H核屏蔽作用減少，氫鍵屬于去屏蔽效應(yīng)，使化學(xué)位移向低場(chǎng)移動(dòng)。如-OH、-NH2凡是能影響氫鍵形成的因素，如溶劑的性質(zhì)、PH值、濃度、溫度等均會(huì)影響活潑氫的化學(xué)位移。

其他影響因素氫鍵：23其他影響溶劑效應(yīng)

在核磁共振譜測(cè)定中，由于采用不同的溶劑，某些質(zhì)子的化學(xué)位移發(fā)生改變的現(xiàn)象，往往是由于溶劑的磁各向異性效應(yīng)或溶劑與被測(cè)樣品分子間的氫鍵作用引起的。-OH、-NH2、-COOH等活潑質(zhì)子加D2O消失。其他影響溶劑效應(yīng)24其他影響范德華效應(yīng)

當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子在空間結(jié)構(gòu)上非常靠近時(shí)，具有負(fù)電荷的電子云就會(huì)互相排斥，從而使這些質(zhì)子周圍的電子云密度減少，屏蔽作用下降，共振信號(hào)向低磁場(chǎng)位移其他影響范德華效應(yīng)25四、自旋-自旋偶合1.機(jī)理質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的自旋磁場(chǎng)有不同的方向，自旋磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)同向起加強(qiáng)作用，與外磁場(chǎng)反向起減弱作用，自旋磁場(chǎng)的這種作用對(duì)鄰近的質(zhì)子產(chǎn)生影響，使其實(shí)際受到的外磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生微小的變化。從而使其峰發(fā)生分裂。四、自旋-自旋偶合1.機(jī)理26例：對(duì)于一個(gè)亞甲基，每個(gè)質(zhì)子有兩種取向，而兩個(gè)質(zhì)子有四種取向的組合狀態(tài)，如表所示，實(shí)際為三種。三種取向狀態(tài)所產(chǎn)生的自旋磁場(chǎng)對(duì)鄰近的質(zhì)子，如甲基中的質(zhì)子產(chǎn)生影響，使原來單一的甲基峰分裂為三重逢。例：對(duì)于一個(gè)亞甲基，每個(gè)質(zhì)子有兩種取向，而兩個(gè)質(zhì)子有四種取向27第一章波譜分析核磁共振課件28思考：1,1,2-三氯乙烷中亞甲基與次甲基都有幾重峰？思考：1,1,2-三氯乙烷中亞甲基與次甲基都有幾重峰？29數(shù)目這種由于鄰近核的自旋磁場(chǎng)所造成的相互影響而使NMR譜峰分裂的現(xiàn)象，叫做自旋-自旋偶合。峰分裂的數(shù)目，要看偶合的質(zhì)子數(shù)。從上述兩個(gè)例子看，對(duì)于n個(gè)偶合的質(zhì)子來說，可以導(dǎo)出所謂的（n+1）規(guī)律，即n個(gè)質(zhì)子就會(huì)使與其偶合的質(zhì)子產(chǎn)生（n+1）個(gè)分裂峰。數(shù)目這種由于鄰近核的自旋磁場(chǎng)所造成的相互影響而使NMR譜峰分30大小偶合作用的大小與兩偶合核的距離有關(guān)，距離越近，偶合越強(qiáng)。從偶合的大小可估計(jì)兩個(gè)氫原子的距離或位置。大小偶合作用的大小與兩偶合核的距離有關(guān)，距離越近，偶合越強(qiáng)。312.偶合常數(shù)由自旋偶合產(chǎn)生的譜線間距叫做偶合常數(shù)，用J表示，單位為赫茲（Hz）。偶合常數(shù)與外磁場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)偶合常數(shù)的主要影響因素有偶合核間的距離、角度、電子云密度等偶合常數(shù)是核磁共振譜的重要參數(shù)之一，可用它來研究核間關(guān)系、構(gòu)型、構(gòu)像及取代基位置2.偶合常數(shù)由自旋偶合產(chǎn)生的譜線間距叫做偶合常數(shù)，用J表示，32第一章波譜分析核磁共振課件33五、核磁共振光譜的表示方法五、核磁共振光譜的表示方法34化學(xué)位移與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，磁場(chǎng)越大，化學(xué)位移值也越大偶合常數(shù)與場(chǎng)強(qiáng)無關(guān)，只和化合物結(jié)構(gòu)有關(guān)?；瘜W(xué)位移與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，磁場(chǎng)越大，化學(xué)位移值也越大35飽和與弛豫某種平衡狀態(tài)被破壞后再恢復(fù)平衡的過程叫做弛豫。低能態(tài)向高能態(tài)躍遷繼續(xù)下去，低能態(tài)的核總數(shù)就不斷減少，兩種能級(jí)核數(shù)量相等，達(dá)到飽和。但在NMR中，高能態(tài)的核可通過“弛豫”過程回到低能態(tài)。分為兩類：自旋-晶格弛豫自旋-自旋弛豫飽和與弛豫某種平衡狀態(tài)被破壞后再恢復(fù)平衡的過程叫做弛豫。36兩個(gè)過程都有弛豫時(shí)間，但對(duì)每個(gè)核來說，在某一較高能級(jí)所停留的平均時(shí)間只取決于兩過程弛豫時(shí)間最小者。弛豫時(shí)間對(duì)譜線寬度有很大影響，譜線寬度與弛豫時(shí)間成反比。固體樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間很小，所以譜線非常寬，因此要得到高分辨的共振譜，須配制溶液。兩個(gè)過程都有弛豫時(shí)間，但對(duì)每個(gè)核來說，在某一較高能級(jí)所停留的371H-NMR提供的信息1.化學(xué)位移值-確認(rèn)氫原子所處的化學(xué)環(huán)境，即屬于何種基團(tuán)。2.耦合常數(shù)-推斷相鄰氫原子的關(guān)系與結(jié)構(gòu)3.吸收峰面積-確定分子中各類原子的數(shù)量比1H-NMR提供的信息1.化學(xué)位移值-確認(rèn)氫原子所處的化學(xué)環(huán)38峰的位置就是共振核的化學(xué)位移值。從這個(gè)峰位可以確定化合物的基團(tuán)。1H譜有三個(gè)峰，13C譜有五個(gè)峰峰的位置39峰的強(qiáng)度以一個(gè)峰所包圍的面積來測(cè)量，峰面積的大小正比于該基團(tuán)所含共振核的數(shù)目。以臺(tái)階線表示各峰的面積大小，從積分臺(tái)階線的高度可計(jì)算各共振核的數(shù)目。峰的強(qiáng)度以一個(gè)峰所包圍的面積來測(cè)量，峰面積的大小正比于該基團(tuán)40峰的分裂由于偶合作用造成?？捎脕矸治龈呔畚镦湹牧Ⅲw結(jié)構(gòu)，鏈的序列等。譜峰的寬度與弛豫的時(shí)間成反比，弛豫時(shí)間與化合物的物理相態(tài)有密切關(guān)系，聚合物中弛豫時(shí)間與聚合物的形態(tài)及鏈的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，可應(yīng)用峰的寬度研究聚合物的形態(tài)和鏈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。峰的分裂由于偶合作用造成。41六、一級(jí)光譜條件：a.相互偶合的質(zhì)子的化學(xué)位移Δν至少是偶合常數(shù)J的6倍。即Δν/J>6。b.一組的各個(gè)質(zhì)子與另一組的所有質(zhì)子的偶合常數(shù)必須相等。六、一級(jí)光譜條件：42特征：1、磁全同質(zhì)子之間，雖然J0，但對(duì)圖譜不發(fā)生影響，如Cl-CH2CH2Cl只表現(xiàn)出一個(gè)峰2、裂分后峰的數(shù)目,符合n+1規(guī)律（對(duì)于I=1/2的核)3、峰型大體左右對(duì)稱，各峰間距離等于偶合常數(shù)J，多重峰的中心即為化學(xué)位移值4、各裂分峰的強(qiáng)度比符合(a+b)n展開式各項(xiàng)系數(shù)比,n為相鄰偶合質(zhì)子數(shù)目。特征：1、磁全同質(zhì)子之間，雖然J0，但對(duì)圖譜不發(fā)生影響，43思考題產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？簡要說明核磁共振波譜中的化學(xué)位移和偶合常數(shù)是如何產(chǎn)生的。影響核磁共振譜中化學(xué)位移大小的主要因素有哪些?簡要說明核磁共振譜中的弛豫過程。思考題產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？44產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？1.原子核的自旋量子數(shù)I不能為零2.有自旋的原子核必須置于一外加磁場(chǎng)H0中，使核磁能級(jí)發(fā)生分裂。3.必須有一外加頻率為ν的電磁輻射，其能量正好是作拉莫爾運(yùn)動(dòng)的原子核的兩能級(jí)之差，才能被原子核吸收，使其從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，從而發(fā)生核磁共振吸收。產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？45簡要說明核磁共振波譜中的化學(xué)位移和偶合常數(shù)是如何產(chǎn)生的。在有機(jī)化合物中，各種氫核周圍的電子云密度不同（結(jié)構(gòu)中不同位置）共振頻率有差異，即引起共振吸收峰的位移，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移。質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的自旋磁場(chǎng)有不同的方向，自旋磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)同向起加強(qiáng)作用，與外磁場(chǎng)反向起減弱作用，自旋磁場(chǎng)的這種作用對(duì)鄰近的質(zhì)子產(chǎn)生影響，使其實(shí)際受到的外磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生微小的變化。這種由于鄰近核的自旋磁場(chǎng)所造成的相互影響而使NMR譜峰分裂的現(xiàn)象，叫做自旋-自旋偶合。簡要說明核磁共振波譜中的化學(xué)位移和偶合常數(shù)是如何產(chǎn)生的。46影響核磁共振譜中化學(xué)位移大小的主要因素有哪些?核外電子云密度的影響-電負(fù)性的作用磁的各向異性效應(yīng)其他影響因素：氫鍵，溶劑效應(yīng)，VanderWaals效應(yīng)等影響核磁共振譜中化學(xué)位移大小的主要因素有哪些?47簡要說明核磁共振譜中的弛豫過程。某種平衡狀態(tài)被破壞后再恢復(fù)平衡的過程叫做弛豫。低能態(tài)向高能態(tài)躍遷繼續(xù)下去，低能態(tài)的核總數(shù)就不斷減少，兩種能級(jí)核數(shù)量相等，達(dá)到飽和。但在NMR中，高能態(tài)的核可通過“弛豫”過程回到低能態(tài)。分為兩類：自旋-晶格弛豫自旋-自旋弛豫兩個(gè)過程都有弛豫時(shí)間，但對(duì)每個(gè)核來說，在某一較高能級(jí)所停留的平均時(shí)間只取決于兩過程弛豫時(shí)間最小者。弛豫時(shí)間對(duì)譜線寬度有很大影響，譜線寬度與弛豫時(shí)間成反比。簡要說明核磁共振譜中的弛豫過程。484.復(fù)雜光譜核的等價(jià)性上圖中甲基為單峰，但是甲基中每個(gè)氫都有兩種自旋狀態(tài)，相互耦合必然存在。結(jié)論：耦合普遍存在，但分裂不一定發(fā)生。4.復(fù)雜光譜核的等價(jià)性上圖中甲基為單峰，但是甲基中每個(gè)氫都有49化學(xué)等價(jià)（化學(xué)位移等價(jià)）若分子中兩個(gè)相同原子（或兩個(gè)相同基團(tuán)）處于相同的化學(xué)環(huán)境，其化學(xué)位移相同，它們是化學(xué)等價(jià)的?；瘜W(xué)等價(jià)（化學(xué)位移等價(jià)）若分子中兩個(gè)相同原子（或兩個(gè)相同基團(tuán)50磁等價(jià)核分子中相同種類的核（或相同基團(tuán)），不僅化學(xué)位移相同，而且還以相同的偶合常數(shù)與分子中其它的核相偶合，只表現(xiàn)一個(gè)偶合常數(shù)，這類核稱為磁等同的核。磁等價(jià)核必須首先是化學(xué)等價(jià)核磁等價(jià)核分子中相同種類的核（或相同基團(tuán)），不僅化學(xué)位移相同，51磁不等價(jià)氫核磁不等價(jià)核之間才能發(fā)生自旋偶合裂分。A：化學(xué)環(huán)境不相同的氫核；B：與不對(duì)稱碳原子相連的-CH2上的氫核C：固定在環(huán)上的-CH2中的氫核；D：單鍵帶有雙鍵性質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁不等價(jià)氫核E：單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生磁不等價(jià)氫核。磁不等價(jià)氫核磁不等價(jià)核之間才能發(fā)生自旋偶合裂分。52復(fù)雜光譜的簡化復(fù)雜光譜特點(diǎn)：a.譜線裂分超過（n+1）規(guī)則的譜線數(shù)b.裂分后的譜線強(qiáng)度也不符合二項(xiàng)式展開式的各項(xiàng)系數(shù)c.偶合常數(shù)一般不等于裂分的間距。復(fù)雜光譜的簡化復(fù)雜光譜特點(diǎn)：53去偶法可把復(fù)雜的譜圖簡化，也叫雙共振方法。去偶法可把復(fù)雜的譜圖簡化，也叫雙共振方法。54第一章波譜分析核磁共振課件55位移試劑主要用于分開重疊的譜線。位移試劑具有各向異性，對(duì)樣品分子的各個(gè)基團(tuán)有不同的磁場(chǎng)作用。位移試劑主要用于分開重疊的譜線。56采用不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)測(cè)定高磁場(chǎng)測(cè)定能使譜線簡化，便于分析解析。采用不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)測(cè)定高磁場(chǎng)測(cè)定能使譜線簡化，便于分析解析。57儀器及樣品通常核磁共振儀由五部分組成儀器及樣品通常核磁共振儀由五部分組成58第一章波譜分析核磁共振課件59(1)

磁鐵磁鐵是核磁共振儀中最貴重的部件，能形成高的場(chǎng)強(qiáng)，同時(shí)要求磁場(chǎng)均勻性和穩(wěn)定性好，其性能決定了儀器的靈敏度和分辨率。(2)掃描發(fā)生器沿著外磁場(chǎng)的方向繞上掃描線圈，它可以在小范圍內(nèi)精確的、連續(xù)的調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行掃描，掃描速度不可太快，每分鐘3～10mG。(3)射頻接受器和檢測(cè)器沿著樣品管軸的方向繞上接受線圈，通過射頻接受線圈接受共振信號(hào)，經(jīng)放大記錄下來，縱坐標(biāo)是共振峰的強(qiáng)度，橫坐標(biāo)是磁場(chǎng)強(qiáng)度（或共振頻率）。(1)磁鐵60(4)射頻振蕩器在樣品管外與掃描線圈和接受線圈相垂直的方向上繞上射頻發(fā)射線圈，它可以發(fā)射頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度相適應(yīng)的無線電波。(5)樣品支架裝在磁鐵間的一個(gè)探頭上，支架連同樣品管用壓縮空氣使之旋轉(zhuǎn)，目的是為了提高作用于其上的磁場(chǎng)的均勻性。(4)射頻振蕩器61傅里葉變換核磁共振儀傅里葉變換核磁共振儀62譜圖的表示方法譜圖的表示方法63核磁共振法在聚合物研究中的應(yīng)用1.定性分析a.聚烯烴的鑒別核磁共振法在聚合物研究中的應(yīng)用1.定性分析64聚丙烯有CH3、CH2和CH三種不同峰的質(zhì)子，易于區(qū)分。聚異丁烯與聚異戊烯都只有CH3和CH2峰。其中聚異丁烯的結(jié)構(gòu)式為因而2CH3與CH2的質(zhì)子比為6:2，所以CH3的峰高是CH2的3倍。同理，聚異戊烯的結(jié)構(gòu)式為因而2CH3與2CH2的質(zhì)子比為6:4，所以CH3的峰與CH2的峰高比為3:2。聚丙烯有CH3、CH2和CH三種不同峰的質(zhì)子，易于區(qū)分。65b.聚丙酸乙烯酯與聚丙烯酸乙酯的鑒別

聚丙酸乙烯酯聚丙烯酸乙酯重復(fù)單元均為C5H8O2，紅外難以鑒別。但由于兩者的a質(zhì)子的化學(xué)環(huán)境不一樣，核磁共振譜中出峰不一樣。聚丙酸乙烯酯中亞甲基連接的是羰基，而聚丙烯酸乙酯中的亞甲基連的是氧，使前者化學(xué)位移小于后者。b.聚丙酸乙烯酯與聚丙烯酸乙酯的鑒別聚丙66聚丙酸乙烯酯聚丙烯酸乙酯聚丙酸乙烯酯67c.一般定性方法未知高分子的定性鑒別，可利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖。使用時(shí)，必須注意測(cè)定條件，主要有溶劑、共振頻率等。需要對(duì)不同環(huán)境的質(zhì)子進(jìn)行指認(rèn)時(shí)，可用詳細(xì)化學(xué)位移值參考表進(jìn)行對(duì)照指認(rèn)。c.一般定性方法未知高分子的定性鑒別，可利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖。682.共聚物組成的測(cè)定由于NMR譜峰的強(qiáng)度與該物質(zhì)相應(yīng)的元素有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，尤其對(duì)于氫譜來說，共振峰的積分面積正比于相應(yīng)的質(zhì)子數(shù)，所以可以通過直接測(cè)定質(zhì)子數(shù)之比而得到各基團(tuán)的定量結(jié)果。丁苯橡膠1H-NMR譜2.共聚物組成的測(cè)定由于NMR譜峰的強(qiáng)度與該物質(zhì)相應(yīng)的元素有69苯乙烯芳環(huán)五個(gè)質(zhì)子的吸收在化學(xué)位移7.0以上區(qū)域出峰，可根據(jù)此峰計(jì)算含量。設(shè)化學(xué)位移δ=7.0處的峰面積為A，而其他吸收峰面積之和為AT，其中每個(gè)質(zhì)子相應(yīng)的峰面積為Aa。最后可得結(jié)果：ω(S)/ω(B)=6A/(5AT-3A)苯乙烯芳環(huán)五個(gè)質(zhì)子的吸收在化學(xué)位移7.0以上區(qū)域出峰，可根據(jù)703.聚合物立構(gòu)規(guī)整性的研究a.聚丙烯的立構(gòu)規(guī)整性研究3.聚合物立構(gòu)規(guī)整性的研究a.聚丙烯的立構(gòu)規(guī)整性研究71甲基的三個(gè)分裂峰從左到右分別代表以mm，mr，rr鏈接方式，根據(jù)峰的面積可以計(jì)算每種鏈接反式的含量，從而確定立體異構(gòu)方式。甲基的三個(gè)分裂峰從左到右分別代表以mm，mr，rr鏈接方式，72b.聚甲基丙烯酸甲酯的立構(gòu)規(guī)整性研究b.聚甲基丙烯酸甲酯的立構(gòu)規(guī)整性研究73第一章波譜分析核磁共振課件74c.天然膠鏈節(jié)結(jié)構(gòu)研究c.天然膠鏈節(jié)結(jié)構(gòu)研究75支化結(jié)構(gòu)的研究低密度聚乙烯支化結(jié)構(gòu)的研究低密度聚乙烯76第一章波譜分析核磁共振課件77第一章波譜分析核磁共振課件78聚丙烯酸乙酯與聚丙酸乙烯酯的組成相同，紅外光譜基本相同。根據(jù)各自結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，是否可以應(yīng)用1H-NMR把它們區(qū)分開？說明原因。如何應(yīng)用NMR法測(cè)定丁苯橡膠中丁二烯與苯乙烯的組成比？聚丙烯酸乙酯與聚丙酸乙烯酯的組成相同，紅外光譜基本相同。根據(jù)79但由于兩者的a質(zhì)子的化學(xué)環(huán)境不一樣，核磁共振譜中出峰不一樣。聚丙酸乙烯酯中亞甲基連接的是羰基，而聚丙烯酸乙酯中的亞甲基連的是氧，使前者化學(xué)位移小于后者。苯乙烯芳環(huán)五個(gè)質(zhì)子的吸收在化學(xué)位移7.0以上區(qū)域出峰，可根據(jù)此峰計(jì)算含量。設(shè)化學(xué)位移δ=7.0處的峰面積為A，而其他吸收峰面積之和為AT，其中每個(gè)質(zhì)子相應(yīng)的峰面積為Aa。最后可得結(jié)果：ω(S)/ω(B)=6A/(5AT-3A)但由于兩者的a質(zhì)子的化學(xué)環(huán)境不一樣，核磁共振譜中出峰不一樣。80核磁共振（NMR）核磁共振（NMR）81概述核磁共振譜（NMR）與紅外、紫外一樣，都屬于吸收光譜。概述核磁共振譜（NMR）與紅外、紫外一樣，都屬于吸收光譜。82紅外光譜是由分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷產(chǎn)生的吸收光譜紫外-可見吸收光譜來源于分子的電子能級(jí)間的躍遷核磁共振是分子中原子核自旋能級(jí)的躍遷產(chǎn)生的吸收光譜。在NMR中電磁輻射的頻率為兆赫數(shù)量級(jí)，屬于射頻區(qū)，但是射頻輻射只有置于強(qiáng)磁場(chǎng)F的原子核才會(huì)發(fā)生能級(jí)間的躍遷，即發(fā)生能級(jí)裂分。當(dāng)吸收的輻射能量與核能級(jí)差相等時(shí)，就發(fā)生能級(jí)躍遷，從而產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。紅外光譜是由分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷產(chǎn)生的吸收光譜83核磁共振譜常按測(cè)定的核分類，測(cè)定氫核的稱為氫譜(1HNMR)；測(cè)定碳-13的稱為碳譜(13CNMR)。核磁共振譜不僅給出基團(tuán)的種類，而且能提供基團(tuán)在分子中的位置。在定量上NMR也相當(dāng)可靠。高分辨1HNMR還能根據(jù)磁偶合規(guī)律確定核及電子所處環(huán)境的細(xì)小差別，從而研究高分子構(gòu)型和共聚序列分布等結(jié)構(gòu)問題的有力手段；而13CNMR主要提供高分子碳一碳骨架的結(jié)構(gòu)信息。核磁共振譜常按測(cè)定的核分類，測(cè)定氫核的稱為氫譜(1HNMR84核磁共振基本知識(shí)一、原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件1.原子核的自旋量子數(shù)I不能為零p為自旋角動(dòng)量，是量子化的，由自旋量子數(shù)I確定。核磁共振基本知識(shí)一、原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件p為自旋角動(dòng)85只有當(dāng)I≠0時(shí)，才有自旋角動(dòng)量，才能產(chǎn)生磁矩！有磁矩才有核磁共振！只有當(dāng)I≠0時(shí)，才有自旋角動(dòng)量，才能產(chǎn)生磁矩！有磁矩才有核磁86原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件自旋的核有一定的角動(dòng)量，為一矢量核帶電，核電荷自旋時(shí)有一定的核磁矩，也為一矢量在沒有外加電場(chǎng)作用的時(shí)候，由于原子核的質(zhì)量和電荷同時(shí)作自旋運(yùn)動(dòng)，兩矢量平行。2.有自旋的原子核必須置于一外加磁場(chǎng)H0中，使核磁能級(jí)發(fā)生分裂。原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件自旋的核有一定的角動(dòng)量，為一矢量87拉莫爾進(jìn)動(dòng)當(dāng)自旋的原子核置于外磁場(chǎng)H0時(shí)，由于磁矩與磁場(chǎng)的作用，原子核的自旋運(yùn)動(dòng)就像一個(gè)陀螺一樣進(jìn)行旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)，也稱拉莫爾進(jìn)動(dòng)。質(zhì)子在磁場(chǎng)H0下的旋進(jìn)運(yùn)動(dòng)拉莫爾進(jìn)動(dòng)當(dāng)自旋的原子核置于外磁場(chǎng)H0時(shí)，由于磁矩與磁場(chǎng)的作88能級(jí)分裂以質(zhì)子為例，當(dāng)施加外磁場(chǎng)H0時(shí)，根據(jù)量子力學(xué)原理，核磁矩對(duì)于固定磁場(chǎng)只能有（2I+1）個(gè)取向，即兩個(gè)取向。與外磁場(chǎng)相同與相反方向。相同為低能態(tài)，相反為高能態(tài)。外加磁場(chǎng)H0使自旋原子核的核磁能級(jí)發(fā)生分裂。能級(jí)分裂以質(zhì)子為例，當(dāng)施加外磁場(chǎng)H0時(shí)，根據(jù)量子力學(xué)原理，核89原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件3.必須有一外加頻率為ν的電磁輻射，其能量正好是作拉莫爾運(yùn)動(dòng)的原子核的兩能級(jí)之差，才能被原子核吸收，使其從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，從而發(fā)生核磁共振吸收。其中ΔE——1H核兩能級(jí)差，γ——為磁旋比，為核的特征常數(shù)h——普朗克常數(shù)H0——外加的磁場(chǎng)強(qiáng)度原子核產(chǎn)生核磁共振吸收的條件3.必須有一外加頻率為ν的電磁輻90要使原子核發(fā)生核磁共振，必須吸收頻率為ν的電磁輻射，它的能量等于兩能級(jí)差當(dāng)H0一定時(shí)，改變不同的頻率ν，總可以找到一個(gè)ν使之發(fā)生共振；在核磁共振技術(shù)中，稱為掃頻；當(dāng)固定ν，不斷改變H0，總可以找到一個(gè)H0使之發(fā)生共振，稱為掃場(chǎng)。要使原子核發(fā)生核磁共振，必須吸收頻率為ν的電磁輻射，它的能量91三、化學(xué)位移在有機(jī)化合物中，各種氫核周圍的電子云密度不同（結(jié)構(gòu)中不同位置）共振頻率有差異，即引起共振吸收峰的位移，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移。但V0與H0有關(guān)，不同的儀器測(cè)得的數(shù)據(jù)難以比較，故需引入化學(xué)位移的概念。三、化學(xué)位移在有機(jī)化合物中，各種氫核周圍的電子云密度不同（921.屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)位移核外電子云在外磁場(chǎng)的作用下，傾向于在垂直磁場(chǎng)的平面里作環(huán)流運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生一個(gè)與外磁場(chǎng)反向的感應(yīng)磁場(chǎng)，因而核實(shí)際所受到的磁場(chǎng)強(qiáng)度減弱。1.屏蔽效應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)位移核外電子云在外磁場(chǎng)的作用下，傾向于在93在分子體系中，同種核所處的化學(xué)環(huán)境不同，核外電子云密度不同，產(chǎn)生的屏蔽作用就不同，處于不同化學(xué)環(huán)境的同種核的共振頻率不同。由于核周圍分子環(huán)境不同而使其共振頻率發(fā)生位移的現(xiàn)象叫做化學(xué)位移。σ為原子核的屏蔽常數(shù)（數(shù)值為10-5數(shù)量級(jí)）在分子體系中，同種核所處的化學(xué)環(huán)境不同，核外電子云密度不同，94例：乙醇的分子式中有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫核，甲基（-CH3）、亞甲基（>CH2）和羥基（-OH）。甲基氫核的σ最大，峰出現(xiàn)在高場(chǎng)，其次是亞甲基，羥基的氫核磁屏蔽最小，在低場(chǎng)出峰。例：乙醇的分子式中有三種不同化學(xué)環(huán)境的氫核，甲基（-CH3）952.化學(xué)位移的標(biāo)度氫核磁共振所采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是四甲基硅烷（TMS），其氫核所受的屏蔽效應(yīng)比絕大多數(shù)其他氫核都大，規(guī)定TMS的化學(xué)位移δ=0Hz，其他氫核的化學(xué)位移一般都在其一側(cè)。2.化學(xué)位移的標(biāo)度氫核磁共振所采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是四甲基硅烷（T96第一章波譜分析核磁共振課件973.影響化學(xué)位移的因素核外電子云密度的影響-電負(fù)性的作用與質(zhì)子相連元素的電負(fù)性越強(qiáng)，吸電子作用越強(qiáng)，價(jià)電子偏離質(zhì)子，屏蔽作用減弱，化學(xué)位移較大，信號(hào)峰在低場(chǎng)出現(xiàn)。3.影響化學(xué)位移的因素核外電子云密度的影響-電負(fù)性的作用98磁的各向異性效應(yīng)質(zhì)子在分子中所處的空間位置不同，屏蔽作用的不同的現(xiàn)象稱為磁各向異性效應(yīng)。在外磁場(chǎng)作用下，環(huán)電子流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁力線是閉合的，與外磁場(chǎng)反向的磁力線部位起屏蔽作用，而同向的磁力線部位起去屏蔽作用。處于屏蔽區(qū)的氫核，其化學(xué)位移在高場(chǎng)處于去屏蔽區(qū)的氫核，其化學(xué)位移在低場(chǎng)。磁的各向異性效應(yīng)質(zhì)子在分子中所處的空間位置不同，屏蔽作用的不99苯環(huán)+為屏蔽區(qū)；-為去屏蔽區(qū)苯環(huán)上的氫在去屏蔽區(qū)，在低場(chǎng)出峰（δ=7）苯環(huán)+為屏蔽區(qū)；-為去屏蔽區(qū)苯環(huán)上的氫在去屏蔽區(qū)，在低場(chǎng)出100雙鍵雙鍵的質(zhì)子也收到雙鍵各向異性的影響，處于去屏蔽部位，在低場(chǎng)出現(xiàn)（δ=7.8~10.5）雙鍵雙鍵的質(zhì)子也收到雙鍵各向異性的影響，處于去屏蔽部位，在低101三鍵三鍵102其他影響因素氫鍵：

形成氫鍵后1H核屏蔽作用減少，氫鍵屬于去屏蔽效應(yīng)，使化學(xué)位移向低場(chǎng)移動(dòng)。如-OH、-NH2凡是能影響氫鍵形成的因素，如溶劑的性質(zhì)、PH值、濃度、溫度等均會(huì)影響活潑氫的化學(xué)位移。

其他影響因素氫鍵：103其他影響溶劑效應(yīng)

在核磁共振譜測(cè)定中，由于采用不同的溶劑，某些質(zhì)子的化學(xué)位移發(fā)生改變的現(xiàn)象，往往是由于溶劑的磁各向異性效應(yīng)或溶劑與被測(cè)樣品分子間的氫鍵作用引起的。-OH、-NH2、-COOH等活潑質(zhì)子加D2O消失。其他影響溶劑效應(yīng)104其他影響范德華效應(yīng)

當(dāng)兩個(gè)質(zhì)子在空間結(jié)構(gòu)上非常靠近時(shí)，具有負(fù)電荷的電子云就會(huì)互相排斥，從而使這些質(zhì)子周圍的電子云密度減少，屏蔽作用下降，共振信號(hào)向低磁場(chǎng)位移其他影響范德華效應(yīng)105四、自旋-自旋偶合1.機(jī)理質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的自旋磁場(chǎng)有不同的方向，自旋磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)同向起加強(qiáng)作用，與外磁場(chǎng)反向起減弱作用，自旋磁場(chǎng)的這種作用對(duì)鄰近的質(zhì)子產(chǎn)生影響，使其實(shí)際受到的外磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生微小的變化。從而使其峰發(fā)生分裂。四、自旋-自旋偶合1.機(jī)理106例：對(duì)于一個(gè)亞甲基，每個(gè)質(zhì)子有兩種取向，而兩個(gè)質(zhì)子有四種取向的組合狀態(tài)，如表所示，實(shí)際為三種。三種取向狀態(tài)所產(chǎn)生的自旋磁場(chǎng)對(duì)鄰近的質(zhì)子，如甲基中的質(zhì)子產(chǎn)生影響，使原來單一的甲基峰分裂為三重逢。例：對(duì)于一個(gè)亞甲基，每個(gè)質(zhì)子有兩種取向，而兩個(gè)質(zhì)子有四種取向107第一章波譜分析核磁共振課件108思考：1,1,2-三氯乙烷中亞甲基與次甲基都有幾重峰？思考：1,1,2-三氯乙烷中亞甲基與次甲基都有幾重峰？109數(shù)目這種由于鄰近核的自旋磁場(chǎng)所造成的相互影響而使NMR譜峰分裂的現(xiàn)象，叫做自旋-自旋偶合。峰分裂的數(shù)目，要看偶合的質(zhì)子數(shù)。從上述兩個(gè)例子看，對(duì)于n個(gè)偶合的質(zhì)子來說，可以導(dǎo)出所謂的（n+1）規(guī)律，即n個(gè)質(zhì)子就會(huì)使與其偶合的質(zhì)子產(chǎn)生（n+1）個(gè)分裂峰。數(shù)目這種由于鄰近核的自旋磁場(chǎng)所造成的相互影響而使NMR譜峰分110大小偶合作用的大小與兩偶合核的距離有關(guān)，距離越近，偶合越強(qiáng)。從偶合的大小可估計(jì)兩個(gè)氫原子的距離或位置。大小偶合作用的大小與兩偶合核的距離有關(guān)，距離越近，偶合越強(qiáng)。1112.偶合常數(shù)由自旋偶合產(chǎn)生的譜線間距叫做偶合常數(shù)，用J表示，單位為赫茲（Hz）。偶合常數(shù)與外磁場(chǎng)強(qiáng)度無關(guān)偶合常數(shù)的主要影響因素有偶合核間的距離、角度、電子云密度等偶合常數(shù)是核磁共振譜的重要參數(shù)之一，可用它來研究核間關(guān)系、構(gòu)型、構(gòu)像及取代基位置2.偶合常數(shù)由自旋偶合產(chǎn)生的譜線間距叫做偶合常數(shù)，用J表示，112第一章波譜分析核磁共振課件113五、核磁共振光譜的表示方法五、核磁共振光譜的表示方法114化學(xué)位移與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，磁場(chǎng)越大，化學(xué)位移值也越大偶合常數(shù)與場(chǎng)強(qiáng)無關(guān)，只和化合物結(jié)構(gòu)有關(guān)?；瘜W(xué)位移與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，磁場(chǎng)越大，化學(xué)位移值也越大115飽和與弛豫某種平衡狀態(tài)被破壞后再恢復(fù)平衡的過程叫做弛豫。低能態(tài)向高能態(tài)躍遷繼續(xù)下去，低能態(tài)的核總數(shù)就不斷減少，兩種能級(jí)核數(shù)量相等，達(dá)到飽和。但在NMR中，高能態(tài)的核可通過“弛豫”過程回到低能態(tài)。分為兩類：自旋-晶格弛豫自旋-自旋弛豫飽和與弛豫某種平衡狀態(tài)被破壞后再恢復(fù)平衡的過程叫做弛豫。116兩個(gè)過程都有弛豫時(shí)間，但對(duì)每個(gè)核來說，在某一較高能級(jí)所停留的平均時(shí)間只取決于兩過程弛豫時(shí)間最小者。弛豫時(shí)間對(duì)譜線寬度有很大影響，譜線寬度與弛豫時(shí)間成反比。固體樣品的自旋-自旋弛豫時(shí)間很小，所以譜線非常寬，因此要得到高分辨的共振譜，須配制溶液。兩個(gè)過程都有弛豫時(shí)間，但對(duì)每個(gè)核來說，在某一較高能級(jí)所停留的1171H-NMR提供的信息1.化學(xué)位移值-確認(rèn)氫原子所處的化學(xué)環(huán)境，即屬于何種基團(tuán)。2.耦合常數(shù)-推斷相鄰氫原子的關(guān)系與結(jié)構(gòu)3.吸收峰面積-確定分子中各類原子的數(shù)量比1H-NMR提供的信息1.化學(xué)位移值-確認(rèn)氫原子所處的化學(xué)環(huán)118峰的位置就是共振核的化學(xué)位移值。從這個(gè)峰位可以確定化合物的基團(tuán)。1H譜有三個(gè)峰，13C譜有五個(gè)峰峰的位置119峰的強(qiáng)度以一個(gè)峰所包圍的面積來測(cè)量，峰面積的大小正比于該基團(tuán)所含共振核的數(shù)目。以臺(tái)階線表示各峰的面積大小，從積分臺(tái)階線的高度可計(jì)算各共振核的數(shù)目。峰的強(qiáng)度以一個(gè)峰所包圍的面積來測(cè)量，峰面積的大小正比于該基團(tuán)120峰的分裂由于偶合作用造成?？捎脕矸治龈呔畚镦湹牧Ⅲw結(jié)構(gòu)，鏈的序列等。譜峰的寬度與弛豫的時(shí)間成反比，弛豫時(shí)間與化合物的物理相態(tài)有密切關(guān)系，聚合物中弛豫時(shí)間與聚合物的形態(tài)及鏈的運(yùn)動(dòng)有關(guān)，可應(yīng)用峰的寬度研究聚合物的形態(tài)和鏈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。峰的分裂由于偶合作用造成。121六、一級(jí)光譜條件：a.相互偶合的質(zhì)子的化學(xué)位移Δν至少是偶合常數(shù)J的6倍。即Δν/J>6。b.一組的各個(gè)質(zhì)子與另一組的所有質(zhì)子的偶合常數(shù)必須相等。六、一級(jí)光譜條件：122特征：1、磁全同質(zhì)子之間，雖然J0，但對(duì)圖譜不發(fā)生影響，如Cl-CH2CH2Cl只表現(xiàn)出一個(gè)峰2、裂分后峰的數(shù)目,符合n+1規(guī)律（對(duì)于I=1/2的核)3、峰型大體左右對(duì)稱，各峰間距離等于偶合常數(shù)J，多重峰的中心即為化學(xué)位移值4、各裂分峰的強(qiáng)度比符合(a+b)n展開式各項(xiàng)系數(shù)比,n為相鄰偶合質(zhì)子數(shù)目。特征：1、磁全同質(zhì)子之間，雖然J0，但對(duì)圖譜不發(fā)生影響，123思考題產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？簡要說明核磁共振波譜中的化學(xué)位移和偶合常數(shù)是如何產(chǎn)生的。影響核磁共振譜中化學(xué)位移大小的主要因素有哪些?簡要說明核磁共振譜中的弛豫過程。思考題產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？124產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？1.原子核的自旋量子數(shù)I不能為零2.有自旋的原子核必須置于一外加磁場(chǎng)H0中，使核磁能級(jí)發(fā)生分裂。3.必須有一外加頻率為ν的電磁輻射，其能量正好是作拉莫爾運(yùn)動(dòng)的原子核的兩能級(jí)之差，才能被原子核吸收，使其從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，從而發(fā)生核磁共振吸收。產(chǎn)生核磁共振吸收的基本條件有哪些？125簡要說明核磁共振波譜中的化學(xué)位移和偶合常數(shù)是如何產(chǎn)生的。在有機(jī)化合物中，各種氫核周圍的電子云密度不同（結(jié)構(gòu)中不同位置）共振頻率有差異，即引起共振吸收峰的位移，這種現(xiàn)象稱為化學(xué)位移。質(zhì)子在外磁場(chǎng)中的自旋磁場(chǎng)有不同的方向，自旋磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)同向起加強(qiáng)作用，與外磁場(chǎng)反向起減弱作用，自旋磁場(chǎng)的這種作用對(duì)鄰近的質(zhì)子產(chǎn)生影響，使其實(shí)際受到的外磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生微小的變化。這種由于鄰近核的自旋磁場(chǎng)所造成的相互影響而使NMR譜峰分裂的現(xiàn)象，叫做自旋-自旋偶合。簡要說明核磁共振波譜中的化學(xué)位移和偶合常數(shù)是如何產(chǎn)生的。126影響核磁共振譜中化學(xué)位移大小的主要因素有哪些?核外電子云密度的影響-電負(fù)性的作用磁的各向異性效應(yīng)其他影響因素：氫鍵，溶劑效應(yīng)，VanderWaals效應(yīng)等影響核磁共振譜中化學(xué)位移大小的主要因素有哪些?127簡要說明核磁共振譜中的弛豫過程。某種平衡狀態(tài)被破壞后再恢復(fù)平衡的過程叫做弛豫。低能態(tài)向高能態(tài)躍遷繼續(xù)下去，低能態(tài)的核總數(shù)就不斷減少，兩種能級(jí)核數(shù)量相等，達(dá)到飽和。但在NMR中，高能態(tài)的核可通過“弛豫”過程回到低能態(tài)。分為兩類：自旋-晶格弛豫自旋-自旋弛豫兩個(gè)過程都有弛豫時(shí)間，但對(duì)每個(gè)核來說，在某一較高能級(jí)所停留的平均時(shí)間只取決于兩過程弛豫時(shí)間最小者。弛豫時(shí)間對(duì)譜線寬度有很大影響，譜線寬度與弛豫時(shí)間成反比。簡要說明核磁共振譜中的弛豫過程。1284.復(fù)雜光譜核的等價(jià)性上圖中甲基為單峰，但是甲基中每個(gè)氫都有兩種自旋狀態(tài)，相互耦合必然存在。結(jié)論：耦合普遍存在，但分裂不一定發(fā)生。4.復(fù)雜光譜核的等價(jià)性上圖中甲基為單峰，但是甲基中每個(gè)氫都有129化學(xué)等價(jià)（化學(xué)位移等價(jià)）若分子中兩個(gè)相同原子（或兩個(gè)相同基團(tuán)）處于相同的化學(xué)環(huán)境，其化學(xué)位移相同，它們是化學(xué)等價(jià)的?；瘜W(xué)等價(jià)（化學(xué)位移等價(jià)）若分子中兩個(gè)相同原子（或兩個(gè)相同基團(tuán)130磁等價(jià)核分子中相同種類的核（或相同基團(tuán)），不僅化學(xué)位移相同，而且還以相同的偶合常數(shù)與分子中其它的核相偶合，只表現(xiàn)一個(gè)偶合常數(shù)，這類核稱為磁等同的核。磁等價(jià)核必須首先是化學(xué)等價(jià)核磁等價(jià)核分子中相同種類的核（或相同基團(tuán)），不僅化學(xué)位移相同，131磁不等價(jià)氫核磁不等價(jià)核之間才能發(fā)生自旋偶合裂分。A：化學(xué)環(huán)境不相同的氫核；B：與不對(duì)稱碳原子相連的-CH2上的氫核C：固定在環(huán)上的-CH2中的氫核；D：單鍵帶有雙鍵性質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁不等價(jià)氫核E：單鍵不能自由旋轉(zhuǎn)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生磁不等價(jià)氫核。磁不等價(jià)氫核磁不等價(jià)核之間才能發(fā)生自旋偶合裂分。132復(fù)雜光譜的簡化復(fù)雜光譜特點(diǎn)：a.譜線裂分超過（n+1）規(guī)則的譜線數(shù)b.裂分后的譜線強(qiáng)度也不符合二項(xiàng)式展開式的各項(xiàng)系數(shù)c.偶合常數(shù)一般不等于裂分的間距。復(fù)雜光譜的簡化復(fù)雜光譜特點(diǎn)：133去偶法可把復(fù)雜的譜圖簡化，也叫雙共振方法。去偶法可把復(fù)雜的譜圖簡化，也叫雙共振方法。134第一章波譜分析核磁共振課件135位移試劑主要用于分開重疊的譜線。位移試劑具有各向異性，對(duì)樣品分子的各個(gè)基團(tuán)有不同的磁場(chǎng)作用。位移試劑主要用于分開重疊的譜線。136采用不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)測(cè)定高磁場(chǎng)測(cè)定能使譜線簡化，便于分析解析。采用不同強(qiáng)度的磁場(chǎng)測(cè)定高磁場(chǎng)測(cè)定能使譜線簡化，便于分析解析。137儀器及樣品通常核磁共振儀由五部分組成儀器及樣品通常核磁共振儀由五部分組成138第一章波譜分析核磁共振課件139(1)

磁鐵磁鐵是核磁共振儀中最貴重的部件，能形成高的場(chǎng)強(qiáng)，同時(shí)要求磁場(chǎng)均勻性和穩(wěn)定性好，其性能決定了儀器的靈敏度和分辨率。(2)掃描發(fā)生器沿著外磁場(chǎng)的方向繞上掃描線圈，它可以在小范圍內(nèi)精確的、連續(xù)的調(diào)節(jié)外加磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行掃描，掃描速度不可太快，每分鐘3～10mG。(3)射頻接受器和檢測(cè)器沿著樣品管軸的方向繞上接受線圈，通過射頻接受線圈接受共振信號(hào)，經(jīng)放大記錄下來，縱坐標(biāo)是共振峰的強(qiáng)度，橫坐標(biāo)是磁場(chǎng)強(qiáng)度（或共振頻率）。(1)磁鐵140(4)射頻振蕩器在樣品管外與掃描線圈和接受線圈相垂直的方向上繞上射頻發(fā)射線圈，它可以發(fā)射頻率與磁場(chǎng)強(qiáng)度相適應(yīng)的無線電波。(5)樣品支架裝在磁鐵間的一個(gè)探頭上，支架連同樣品管用壓縮空氣使之旋轉(zhuǎn)，目的是為