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材料分析课件第三章 核磁共振1

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核磁共振波谱分析ppt课件

核磁共振波谱分析ppt课件

DE＝hν ——②
则：处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量，跃迁到 高能级态，发生核磁共振。
11
核磁共振波谱分析
1.2.4 核磁共振的条件
发生核磁共振时，必须满足下式：
n=
g 2p
Ho
3
③式称为核磁共振基本关系式。
❖ 可见，固定H0，改变ν射或固定ν射，改变H0都可满足③ 式，发生核磁共振。
但为了便于操作，通常采用后一种方法。
• 乙酸乙酯的核磁共振氢谱
1H NMR ( 300 MHz, CDCl3 ),δ( ppm) 1.867 ( t, J= 7.2 Hz, 3H ), 2.626 ( s, 3H ), 4.716 ( q, J= 7.2 Hz, 2H )
• s—单峰；d—双峰（二重峰）；t—三峰 （三重峰）；q—四峰（四重峰）；m—多 峰（多重峰）
C6H5CH2CH3 C6H5
CH3
CH2
17
17
核磁共振波谱分析
核磁共振氢谱信号 结构信息
信号的位置 （化学位移）
信号的数目
信号的强度 （积分面积）
信号的裂分 （自旋偶合）
质子的化学环境 化学等价质子的组数 引起该信号的氢原子数目
邻近质子的数目，J（偶
合常数）单位：Hz
18
核磁共振波谱分析
（2）核磁共振数据
19
核磁共振波谱分析
§3 化学位移 (Chemical shift)
化学环境不同 的1H 核在不 同位置（ν） 产生共振吸 收
化学环境不同的1H 核在外磁场中 以不同的Larmor频率进动；1H 核在分子中所处的化学环境不同 导致Larmor频率位移
20
核磁共振波谱分析

[课件]核磁共振分析PPT

[课件]核磁共振分析PPT

当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原 子核才有自旋角动量和自旋现象
实践证明,核自旋与核的质量数,质子数和中子数有关
质量数为 原子序数 自旋量子数 无自旋 偶数 为偶数 为0 质量数为 原子序数 自旋量子数 有自旋 偶数 为奇数 为1,2,3
自旋量子数 原子序数 质量数为 为 有自旋 为奇或偶 1/2,3/2, 奇数 数 5/2
二、核自旋能级和核磁共振
(一)核自旋能级 把自旋核放在场强为B0的磁场中,由于磁矩 与磁场相 互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共有2I+1 个,各取向可用磁量子数m表示 m=I, I-1, I-2, ……-I 每种取向各对应一定能量状态 I=1/2的氢核只有两种取向 I=1的核在B0中有三种取向
B0外加磁场
无磁场 m= -1/2 E2= B0 △E=2 B0 m= +1/2 E1= －B0
(二)核磁共振的产生
如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0中的核， 且射频频率恰好满足下列关系时： h =ΔE ΔE=2 B0 20 （核磁共振条件式） h 自旋核的跃迁能量


（1）对自旋量子数I=1/2的同一核来说,， 因磁矩为一定值，—为常数，所以发生共振 时，照射频率的大小取决于外磁场强度的大 小。外磁场强度增加时，为使核发生共振， 照射频率也相应增加；反之，则减小。 扫频法和扫场法(p224)


(2)对自旋量子数I=1/2的不同核来说，若同时放 入一固定磁场中，共振频率取决于核本身磁矩的大 小, 大的核，发生共振所需的照射频率也大；反之， 则小。 磁旋比γ 的影响（p225)
9.1 核磁共振基本原理
一、原子核的自旋运动及磁距

核磁共振技术在材料分析中的应用

核磁共振技术在材料分析中的应用

核磁共振技术在材料分析中的应用概述在现代材料科学领域中，核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术是一种非常重要的分析工具。

它通过测量物质中的核磁共振现象，可以提供详细的结构信息、物质动力学行为以及相互作用的本征性质。

核磁共振技术已经被广泛应用于材料分析、金属学、聚合物科学、纳米材料、生物医学等领域。

本文将介绍核磁共振技术在材料分析中的应用以及其在不同材料领域中的具体应用案例。

1. 核磁共振技术在金属材料分析中的应用核磁共振技术在金属材料分析中可以提供金属晶格结构、化学组成以及金属内部杂质的信息。

通过核磁共振技术，可以准确测量金属晶格中的杂质浓度，进而评估杂质对材料性能的影响。

此外，核磁共振技术还可用于研究金属材料的变形机理、磁性行为以及金属材料的耐蚀性能等。

2. 核磁共振技术在聚合物材料分析中的应用核磁共振技术在聚合物材料分析中有着广泛的应用。

它可以提供聚合物链的移动性、聚集状态、结晶度以及聚合物中的化学结构信息。

通过核磁共振技术，可以对聚合物材料的热稳定性、力学性能、电学性质以及透明度等进行评估。

此外，核磁共振技术还可用于研究聚合物材料的降解行为、反应机理以及聚合物在溶液中的相行为等。

3. 核磁共振技术在纳米材料分析中的应用核磁共振技术在纳米材料分析中可以提供纳米材料的尺寸分布、表面性质以及内部结构信息。

通过核磁共振技术，可以评估纳米材料的分散性、稳定性以及纳米颗粒与其他物质的相互作用。

此外，核磁共振技术还可用于研究纳米材料的磁性行为、光学性质以及纳米材料的催化性能等。

4. 核磁共振技术在生物医学材料分析中的应用核磁共振技术在生物医学材料分析中有着重要的应用价值。

通过核磁共振技术，可以评估生物医学材料的生物相容性、药物释放行为以及材料与生物体的相互作用。

此外，核磁共振技术还可用于研究生物医学材料的分子动力学、材料降解行为以及材料的表面修饰等。

总结核磁共振技术作为一种先进的分析工具，已经成为材料科学领域中必不可少的手段之一。

核磁共振-第一部分课件

核磁共振-第一部分课件
这样的原子核可称为磁性核，是核磁共振的 研究对象。
磁矩是一矢量，由 核自身的旋转成。
• 根据原子物理原理，原子核的磁矩取决于原子
核的自旋角动量P，其大小为：
P2 h I(I1 )I(I1 )
(1.1)
I为原子核的自旋量子数（I=0,1/2,1,3/2…..) h为普朗克常数。
原子核的自旋量子数
发生共振。也可固定 ，改变H0 (扫场)。
氢核（1H）：1.409 T 共振频率 60 MHz
2.305 T 共振频率 100 MHz
磁场强度：1高斯(GS)=10-4 T(特拉斯）
例题：核磁共振条件的计算
• 已知1H的旋磁比γ=26753弧度/秒.高斯，求磁 场强度H0为10000高斯时，共振频率ν是多少？
hvH0
= H0 / (2 )
= H0 / (2 )
B、根据选择定则，得到如下结论：
1) 同一种核, 磁旋比为定值,H0变，射频频率
2) 变。 2）不同原子核，不同，产生共振的条件不同，
需要的磁场强度H0和射频频率不同。
3） 无H0， E=0，所有质子能级相同 有H0， E ‡ 0，能级分裂 固定H0，改变 (扫频) ，不同原子在不同频率处
• 核磁共振的产生： 在外加磁场中，自旋的原子核具有不同的能级， 如用一特定的频率ν的电磁波照射样品，并使
0
h E H 0
原子核即可进行能级之间的跃迁，产生核磁共振 吸收。
E/hH 0/2
第六节 核磁宏观理论
1、宏观磁化强度
H0 z
y x
M H0 z
y x
单位体积内原子核磁矩的矢量和为宏观磁化强度 矢量, 其方向与外磁场方向相同。
H0
M

核磁原理及解析方法 ppt课件

核磁原理及解析方法 ppt课件
二、简化谱图的方法
methods of simpling spectrograph
三、谱图解析
spectrum unscrambling
四、谱图联合解析
deduce the structures from NMR spectrum and IR spectrum
ppt课件
1
一、谱图中化合物的结构信息
nuclear magnetic resonance and chemical shift
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
• 第四节 谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； （2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； （3）峰的位移( )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； （4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （5）偶合常数(J)：确定化合物构型。
不足之处： 仅能确定质子（氢谱）。
ppt课件
5. =4.1(4H) 低场(吸电子),
两个 -O-CH2-
ppt课件
1700cm-1, C=0, 醛,酮，排除羧酸，
醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃，无芳环
24
内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
ppt课件
3
常见复杂谱图
X
7.55 8.0 O
3H 7.4

《三核磁共振谱》课件

《三核磁共振谱》课件
纤维织物
应用内容 纳米粒子的合成与表征 聚合物的结构和性能分析
纤维方向、排列和纺织结构的控 制
优点 高分辨率、非破坏性、定量化 成分分析、交联度、晶型、熔融 性 纺织品性能的优化和改良
三核磁共振在环境科学中的应用
1
土壤检测
核磁共振技术可用于土壤重金属、污染物和有机物检测，实现了对土壤体系中模 态与分布的描述
分离技术
核磁共振技术可用于表征分离的化 合物，可检测含有特定结构的分子
定量分析
核磁共振技术可用于定量分析序列 质，例如定量评估含有重要元素的 化学试剂和生物标本
腐蚀研究
核磁共振技术可用于腐蚀过程动态 监测，也可用于研究腐蚀产物和腐 蚀机制
核磁共振在化学合成中的应用
反应监测
核磁共振技术可用于实时监测化 学反应进度，也可用于确定化学 反应的产物和反应路径
三核磁共振在生命科学中的应用
结构生物学
核磁共振技术可用于研究生物大分 子（如蛋白质和核酸）的结构、动 力学和相互作用
神经科学
核磁共振成像（fMRI）可用于研究 大脑的结构、功能和神经网络
代谢组学
核磁共振技术பைடு நூலகம்用于研究细胞代谢 途径的变化，特别适用于癌症的诊 断和治疗
三核磁共振在材料科学中的应用
应用领域 纳米技术 聚合物材料
组元分析法
组元分析法用于将复杂的核磁共 振谱图分解成多个组分，以便于 对特定组分进行研究
核磁共振谱的解读规则
化学位移
化学位移是指分子中某个原子核的 吸收峰位置，与附近原子的电性命 相应
峰整合
耦合常数
每个吸收峰对应着一个原子核类型， 其峰面积与该类型原子核的比例成 正比，称为峰整合
耦合常数是不同核之间的相互作用 的物理量，可用于确定核之间的化 学键

化合物结构表征课件第三章核磁共振谱


生物大分子结构研究
用于研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构 和动态。
医学成像诊断
利用核磁共振成像技术进行无创、无痛、无 辐射的医学诊断。
02
核磁共振谱的基本原理
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
原子核的磁矩
原子核具有磁矩，该 磁矩与原子核的自旋 角动量成正比。
04
核磁共振碳谱
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
碳的化学环境
碳的杂化状态
碳原子在化合物中的杂化状态决 定了其周围的电子密度，进而影 响其核磁共振信号。碳原子杂化 状态的变化会导致化学位移的变
化。
碳的连接方式
碳原子与其他原子的连接方式也 会影响其核磁共振信号。例如， 碳原子与氢、氟、氧等原子的连
定量分析
确定分子中各元素的含量
通过核磁共振谱的峰面积或高度，可以计算出分子中各元素的含量，从而确定分 子中各元素的摩尔比例。
确定分子中氢键的存在
氢键的存在会影响核磁共振谱的峰位置和形状，通过解析可以确定分子中是否存 在氢键。
复杂谱图解析
识别重叠峰
在复杂的核磁共振谱中，可能存在多 个峰重叠的情况，通过解析可以识别 出各个峰对应的元素或官能团。
在核磁共振碳谱中，峰面积与对应的碳原子数成正比。因 此，可以通过比较峰面积来确定不同类型碳原子的相对数 量。
影响峰面积的因素
除了碳原子数外，其他因素也会影响峰面积，如碳原子的 连接方式、键合环境等。这些因素会影响到峰的裂分和强 度，进而影响峰面积与碳原子数的关系。
应用范围
峰面积与碳原子数的关系在有机化合物结构表征中具有重 要应用，可以帮助确定化合物的结构、确定取代基的位置 和数量等。
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应用较多。 氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz 2.305 T 共振频率 100 MHz
磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4 T（特拉斯）
23:35:24
讨论:
在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结 构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移 和裂分，如右图所示。
m=2
H0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
I=1/2 I=1
I=2
1H
E2=+ H0
H0
r
P
E= E2 － E1 = 2 H0 E1=－ H0
23:35:24
二、 核磁共振现象
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
第一节
四、核磁共振波谱仪
核磁共振基本原理
principles of nuclear
nuclear magnetic resonance spectrometer
magnetic resonance
23:35:24
一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋，产生核磁矩：
自旋角动量：
h 2
I(I 1)
核 磁 矩： g I(I 1)
1 H 2.79270 13C 0.70216
核磁子=eh/2M c；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，
质量数（a） 原子序数（Z） 自旋量子（I）
例子
奇数 偶数
奇或偶 偶数
1,3,5 222
0
I
1 2
,1H
1
,
13C6 ,19F9 ,15N 7
0 = 2 0 = H0 磁旋比； H0外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之 间的能级差：
E= H0 （磁矩）
23:35:24
三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
在外磁场中，原子核能级 产生裂分，由低能级向高能 级跃迁，需要吸收能量。
能级量子化。射频振荡 线圈产生电磁波。
23:35:24
3 ．射频信号接受器（检 测器）：当质子的进动频 率与辐射频率相匹配时， 发生能级跃迁，吸收能量， 在感应线圈中产生毫伏级 信号。 4．样品管：外径5mm的 玻璃管,测量过程中旋转, 磁场作用均匀。
23:35:24
核磁共振波谱仪
23:35:24
样品的制备：
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布 不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有 机化合物的主要组成元素。
23:35:24
z
z
z
m=1/2 m=1
第三章
一、原子核的自旋
核磁共振波谱
atomic nuclear spin 二、核tic resonance
三、核磁共振条件
nuclear magnetic resonance
spectroscopy; NMR
condition of nuclear magnetic resonance
于外磁当场置，于有外（磁场2I+H10）中种时取，向相：对 氢核（I=1/2），两种取向
（两个能级）：
(1)与外磁场平行，能量低，磁量
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
23:35:24
( 核磁共振现象)
两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’ 和 125 °36’相互作用, 产生进动(拉莫进 动)进动频率 0； 角速度0；
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
23:35:24
四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
1．永久磁铁：提供外磁 场，要求稳定性好，均匀， 不均匀性小于六千万分之 一。扫场线圈。 2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz。
I
3 2
,11B5
,
35
Cl17
,
I
5 2
,17
O8
12C6 ,16O8 ,32S16
偶数
奇数
1，2，3……
I 1, 2H1 ,14N 7 , I 3,10B5
23:35:24
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自 旋，没有磁矩，不产生共振吸收
(2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
2 3.24
Ni Nj
e
xp
6.626 1034 1.38066
100.00 106 1023 298
J J
s s1 K1 K
0.999984
两能级上核数目差：1.610-5；
弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。
饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。
对于氢核，能级差： E= H0 （磁矩） 产生共振需吸收的能量：E= H0 = h 0 由拉莫进动方程：0 = 2 0 = H0 ; 共振条件： 0 = H0 / (2 )
23:35:24
共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 )
23:35:24
能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
Ni Nj
exp
Ei E j kT
exp
E exp kT
h
kT
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共振频率
2
B0
2.68 108 2.3488 100.00MHz
23:35:24
讨论:
共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。 （2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需 要的磁场强度H0和射频频率不同。 （3） 固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处 发生共振（图）。也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场方式