有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析初步課件

核磁共振NuclearMagneticResonance;NMR

2022/12/16

核磁共振NuclearMagneti1一、核磁共振的發(fā)展歷史

1939年，拉比在原子束實(shí)驗(yàn)中首次觀察到了核磁共振現(xiàn)象。

但在常態(tài)下再現(xiàn)NMR實(shí)驗(yàn)的是1946年布洛赫和珀塞爾獨(dú)立的完成的。他們于1952年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)2022/12/16一、核磁共振的發(fā)展歷史1939年，拉比在原子束實(shí)驗(yàn)21945-1951年間，化學(xué)位移和自旋偶合的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了NMR技術(shù)在化學(xué)方面的應(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2022/12/161945-1951年間，化學(xué)位移和自旋偶合的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)3二、什么是核磁共振

一部分核子可以吸收電磁輻射的能量，從低能級躍遷到高能級，并且很快會達(dá)到新的平衡狀態(tài)，這個(gè)現(xiàn)象就叫做“核磁共振”。在這個(gè)過程中，由于核子吸收電磁輻射的能量，就產(chǎn)生了微弱信號，使我們可以觀察到“核磁共振”現(xiàn)象。通常人們所說的核磁共振指的是利用核磁共振現(xiàn)象獲取分子結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。2022/12/16二、什么是核磁共振一部分核子可以吸收電磁輻射的能量4

并不是是所有原子核都能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，原子核能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象是因?yàn)榫哂泻俗孕?。原子核自旋產(chǎn)生磁矩，當(dāng)核磁矩處于靜止外磁場中時(shí)產(chǎn)生能級分裂。在交變磁場作用下，自旋核會吸收特定頻率的電磁波，從較低的能級躍遷到較高能級。

2022/12/16并不是是所有原子核都能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，原子核能產(chǎn)生核5三、核磁共振的基本原理

1.根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動(dòng)量，其自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為0質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為半整數(shù)質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為整數(shù)迄今為止，只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經(jīng)常為人們所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P2022/12/16三、核磁共振的基本原理1.根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與62、共振發(fā)生的條件(1)核有自旋(磁性核)；(2)外磁場,能級分裂;(3)照射頻率與外磁場的比值0/H0=/(2)（磁旋比；H0外磁場強(qiáng)度）。2022/12/162、共振發(fā)生的條件(1)核有自旋(磁性核)；2022/127（1）原子核的自旋:AtomicNuclearSpin

原子核和電子一樣,如果放在外磁場中存在自旋.從而有自旋角動(dòng)量(ρ)和磁矩μ2022/12/16（1）原子核的自旋:AtomicNuclearSpin8

核的自旋角動(dòng)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：核的自旋量子數(shù)。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(dòng)量，不會產(chǎn)生共振信號。

只有當(dāng)I

＞O時(shí)，才能發(fā)生共振吸收,產(chǎn)生共振信號。

2022/12/16核的自旋角動(dòng)量(ρ)是量子化的，不能任意取值，可用自旋9（2）核磁矩在外場中的能級分裂

在有外磁場存在的時(shí)候，角動(dòng)量在磁場方向的投影是量子化的，因角動(dòng)量投影而產(chǎn)生了附加能量，系統(tǒng)將發(fā)生塞曼分裂，相鄰能級之間會產(chǎn)生能量差.對于原子核（氫核），自旋量子數(shù)I=1/2，兩種取向（兩個(gè)能級）：(i)與外磁場平行，能量低，磁量子數(shù)ｍ＝＋1/2;(ii)與外磁場相反，能量高，磁量子數(shù)ｍ＝－1/2;2022/12/16（2）核磁矩在外場中的能級分裂在有外磁場存在的10(3)照射頻率與外磁場的比值0/H0=/(2)

（磁旋比；H0外磁場強(qiáng)度）

照射頻率與外磁場的不同變化反映了可以使用不同的方法來獲得共振信號。一般有兩種方法實(shí)現(xiàn)。一個(gè)是掃頻法，一個(gè)是掃場法：當(dāng)固定外磁場強(qiáng)度H0，改變照射頻率時(shí)，是掃頻法；當(dāng)固定，改變H0時(shí)，是掃場法。2022/12/16(3)照射頻率與外磁場的比值0/H0=/(2)113、弛豫過程

共振發(fā)生后，低能級的粒子數(shù)N1減少，高能級的粒子數(shù)N2增加，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，但當(dāng)共振條件消失后，系統(tǒng)將回到原來的狀態(tài)，即N1，N2將恢復(fù)到原來的數(shù)值，這個(gè)過程就叫做弛豫過程。2022/12/163、弛豫過程

共振發(fā)生后，低能級的粒子數(shù)N1減12四、核磁共振的應(yīng)用在物理方面：原子核的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，凝聚體的相變，弛豫過程等；在化學(xué)化工方面：高分子材料的結(jié)構(gòu)和多種化學(xué)反應(yīng)；在生物醫(yī)學(xué)方面：生物組織的組成和生化過程，用NMR成像法可以進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷；在地質(zhì)學(xué)方面：找地下水和地下的油層，及巖層結(jié)構(gòu)。2022/12/16四、核磁共振的應(yīng)用在物理方面：原子核的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，凝聚體的相13thankyou!!!2022/12/16thankyou!!!2022/12/1214

核磁共振NuclearMagneticResonance;NMR

2022/12/16

核磁共振NuclearMagneti15一、核磁共振的發(fā)展歷史

1939年，拉比在原子束實(shí)驗(yàn)中首次觀察到了核磁共振現(xiàn)象。

但在常態(tài)下再現(xiàn)NMR實(shí)驗(yàn)的是1946年布洛赫和珀塞爾獨(dú)立的完成的。他們于1952年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)2022/12/16一、核磁共振的發(fā)展歷史1939年，拉比在原子束實(shí)驗(yàn)161945-1951年間，化學(xué)位移和自旋偶合的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)了NMR技術(shù)在化學(xué)方面的應(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2022/12/161945-1951年間，化學(xué)位移和自旋偶合的發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)17二、什么是核磁共振

一部分核子可以吸收電磁輻射的能量，從低能級躍遷到高能級，并且很快會達(dá)到新的平衡狀態(tài)，這個(gè)現(xiàn)象就叫做“核磁共振”。在這個(gè)過程中，由于核子吸收電磁輻射的能量，就產(chǎn)生了微弱信號，使我們可以觀察到“核磁共振”現(xiàn)象。通常人們所說的核磁共振指的是利用核磁共振現(xiàn)象獲取分子結(jié)構(gòu)、人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息的技術(shù)。2022/12/16二、什么是核磁共振一部分核子可以吸收電磁輻射的能量18

并不是是所有原子核都能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，原子核能產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象是因?yàn)榫哂泻俗孕?。原子核自旋產(chǎn)生磁矩，當(dāng)核磁矩處于靜止外磁場中時(shí)產(chǎn)生能級分裂。在交變磁場作用下，自旋核會吸收特定頻率的電磁波，從較低的能級躍遷到較高能級。

2022/12/16并不是是所有原子核都能產(chǎn)生這種現(xiàn)象，原子核能產(chǎn)生核19三、核磁共振的基本原理

1.根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動(dòng)量，其自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為0質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為半整數(shù)質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為整數(shù)迄今為止，只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經(jīng)常為人們所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P2022/12/16三、核磁共振的基本原理1.根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與202、共振發(fā)生的條件(1)核有自旋(磁性核)；(2)外磁場,能級分裂;(3)照射頻率與外磁場的比值0/H0=/(2)（磁旋比；H0外磁場強(qiáng)度）。2022/12/162、共振發(fā)生的條件(1)核有自旋(磁性核)；2022/1221（1）原子核的自旋:AtomicNuclearSpin

原子核和電子一樣,如果放在外磁場中存在自旋.從而有自旋角動(dòng)量(ρ)和磁矩μ2022/12/16（1）原子核的自旋:AtomicNuclearSpin22

核的自旋角動(dòng)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：核的自旋量子數(shù)。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(dòng)量，不會產(chǎn)生共振信號。

只有當(dāng)I

＞O時(shí)，才能發(fā)生共振吸收,產(chǎn)生共振信號。

2022/12/16核的自旋角動(dòng)量(ρ)是量子化的，不能任意取值，可用自旋23（2）核磁矩在外場中的能級分裂

在有外磁場存在的時(shí)候，角動(dòng)量在磁場方向的投影是量子化的，因角動(dòng)量投影而產(chǎn)生了附加能量，系統(tǒng)將發(fā)生塞曼分裂，相鄰能級之間會產(chǎn)生能量差.對于原子核（氫核），自旋量子數(shù)I=1/2，兩種取向（兩個(gè)能級）：(i)與外磁場平行，能量低，磁量子數(shù)ｍ＝＋1/2;(ii)與外磁場相反，能量高，磁量子數(shù)ｍ＝－1/2;2022/12/16（2）核磁矩在外場中的能級分裂在有外磁場存在的24(3)照射頻率與外磁場的比值0/H0=/(2)

（磁旋比；H0外磁場強(qiáng)度）

照射頻率與外磁場的不同變化反映了可以使用不同的方法來獲得共振信號。一般有兩種方法實(shí)現(xiàn)。一個(gè)是掃頻法，一個(gè)是掃場法：當(dāng)固定外磁場強(qiáng)度H0，改變照射頻率時(shí)，是掃頻法；當(dāng)固定，改變H0時(shí)，是掃場法。2022/12/16(3)照射頻率與外磁場的比值0/H0=/(2)253、弛豫過程

共振發(fā)生后，低能級的粒子數(shù)N1減少，高能級的粒子數(shù)N2增加，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，但當(dāng)共振條件消失后，系統(tǒng)將回到原來的狀態(tài)，即N1，N2將恢復(fù)到原來的數(shù)值，這個(gè)過程就叫做弛豫過程。2022/12/163、弛豫過程