核磁共振(NMR)學(xué)習(xí)課件

FelixBloch,USAandEdwardM.Purcell,USA TheNobelPrizeinPhysics1952,"fortheirdiscoveryofnew methodsfornuclearmagneticprecisionmeasurementsand discoveriesinconnectiontherewith"RichardR.Ernst,Switzerland TheNobelPrizeinChemistry1991,"forhiscontributionstothe developmentofthemethodologyofhighresolutionnuclearmagnetic resonance(NMR)spectroscopy"KurtWuthrich,Switzerland TheNobelPrizeinChemistry2002,"forhisdevelopment ofnuclearmagneticresonancespectroscopyfordeterminingthe three-dimensionalstructureofbiologicalmacromoleculesinsolution"PaulC.Lauterbur,USAandPeterMansfield,UnitedKingdom TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2003,"fortheirdiscoveriesconcerningmagneticresonanceimaging“核磁共振(NMR)I

≠0第一頁，共十四頁。質(zhì)子(夸克和膠子)+中子原子核自旋量子數(shù)I（復(fù)合粒子自旋)：核子自旋角動量和軌道角動量總和

I：0?>?

自旋：基本粒子的內(nèi)秉性質(zhì)，內(nèi)秉角動量或內(nèi)秉角動量量子數(shù)的簡稱運算規(guī)則類似于經(jīng)典力學(xué)的角動量，并因此產(chǎn)生一個磁場。磁矩（表征磁性）：μ=γP

γ:旋磁比

自旋磁量子數(shù)mI

=-I,-I+1,……I(2I+1個)原子核的一些基本屬性核處于各激發(fā)態(tài)時，由于核子軌道運動狀態(tài)不同，因而有不同的核自旋。各激發(fā)態(tài)的核自旋是核能級的標(biāo)記之一

玻色子遵從玻色-愛因斯坦分布；費米子，遵從費米-狄拉克分布和泡利不相容原理第二頁，共十四頁。mI:2I+1ΔmI=0,±1第九講p20第三頁，共十四頁。(2)I＝1/2的原子核1H，13C，19F，31P

核電荷均勻分布的球體，有磁矩，是NMR研究的主要對象(1)I=0:無自旋，無磁矩，無NMR共振吸收

16O、12C、22S等

(3)I=1或I>0

I=1:

2H,14N I=3/2:11B,35Cl,79Br,81BrI=5/2:17O,127I核電荷分布可看作一個橢球體，電荷分布不均勻，共振吸收復(fù)雜，研究應(yīng)用較少；第四頁，共十四頁。無外磁場熱平衡狀態(tài)下物質(zhì)中核磁矩空間分布Pz=mz(h/2π)z軸投影I＝1/2,mz=-1/2,+1/2能級簡并外加穩(wěn)恒磁場(H0)B0后mz=-1/2,+1/2能級解除簡并塞曼效應(yīng)Zeemansplitting第五頁，共十四頁。角動量Pz=mz(h/2π)磁矩：μz=γPzI=1/2,mz=-1/2,1/2ΔE=(hγ/2π)B0能級量子化ΔE與外磁場相互作用能E=-μzB0=mzγ(h/2π）用一個能量恰好等于ΔE的電磁波照射，該核就能吸收此頻率的電磁波，發(fā)生能級躍遷，產(chǎn)生共振吸收。第六頁，共十四頁。同位素I天然豐度（%）絕對靈敏度共振頻率（MHz)B=7.0463T1H1/299.981.003002H10.0151.45*10-646.0513C1/21.111.76*10-475.4314N199.631.01*10-321.6715N1/20.373.85*10-630.4019F1/21000.83282.2331P1/21006.63*10-2121.40ΔEΔE=(hγ/2π)B0第七頁，共十四頁。外徑5mm玻璃管旋轉(zhuǎn)NMR譜儀構(gòu)造簡圖被測樣品混合一定濃度四甲基硅烷(TMS，結(jié)構(gòu)對稱，為單峰，化學(xué)惰性，沸點27℃易回收)溶于一定溶劑第八頁，共十四頁。NMR譜主要信息此時，產(chǎn)生共振吸收的頻率偏離v0，不同的化學(xué)環(huán)境，不同偏離度第九頁，共十四頁。1950年W.G.Proctor,Y.C.Yu:NH4NO3的14NNMR兩條譜線NMR1H氫譜NMR

14N譜譜峰位置：化學(xué)位移譜峰強(qiáng)度：相同類型原子（核）數(shù)目NMR

29Si譜參考書p60強(qiáng)度2:1判斷配位信息第十頁，共十四頁。參考書p59第十一頁，共十四頁。參考書p60第十二頁，共十四頁。判斷固體中原子遷移“Li2N+Li”參考書p61第十三頁，共十四頁。內(nèi)容總結(jié)FelixBloch,USAandEdwardM.Purcell,USA。原子核自旋量子數(shù)I（復(fù)合粒子自旋)：核子自旋角動量和軌道角動量總和。自旋