第九章 核磁共振红外光谱和 ppt课件

《红外与核磁共振》PPT课件
# 红外与核磁共振 ## 什么是红外和核磁共振？ ### 红外 - 原理 - 应用 ### 核磁共振 - 原理 - 应用 ## 红外和核磁共振的关系 ### 相同点 - 磁共振和红外都是分析技术 - 都需要样品处理 ### 不同点 - 原理不同 - 应用范围不同 ## 红外和核磁共振在生物医学研究中的应用
技术发展
随着技术的不断发展，红外和核磁共振的应 用范围还将不断拓展，为更多领域的研究带 来新的突破。
红外
在癌症诊断中，红外光谱可以识别不同组织的 学成分，辅助早期癌症的检测。此外，还可 用于研究蛋白质的结构和功能。
核磁共振
在脑部疾病研究中，核磁共振成像可以用于检 测脑结构和功能的变化，进一步了解疾病的机 制。同时，核磁共振还可应用于新药的开发和 评估。
结论
重要地位
红外和核磁共振在生物医学研究中扮演着不 可替代的角色，帮助科学家深入了解生命和 疾病。
什么是红外和核磁共振？
红外
通过检测物体辐射的红外线来分析化合物的结 构和成分。
核磁共振
通过检测物体中核自旋与外加磁场相互作用的 信号来分析物质的结构和性质。
红外和核磁共振的关系
1 相同点
2 不同点
磁共振和红外都是分析技术，用于研究物 质的结构和特性。
磁共振和红外原理不同，应用范围也有所 差异。
红外和核磁共振在生物医学研究中的应用

旋核能够吸收射频场的能量，由低能级的自旋状态
跃迁至高能级的自旋状态，这种现象叫核磁共振。 此时，射频 v 所具有的能量hv正好核在B0中产生 的核自旋能级差相等。即： hv ＝⊿E ＝γ hB0 / 2π＝h v0 即有： 射频频率 v ＝ v0＝γB0 / 2π
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v ＝ v0＝γB0 / 2π
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计算结果表明，
两能级上的核数目差约为1.610－5 ，处于低能态
自旋取向的核仅占微弱多数；
用适当频率的射频照射时，处于低能态自旋取向 的核能够吸收能量，跃迁至高能级，故可测得核磁共 振吸收信号。 饱和（saturated）—— 低能态的核数等于高能 态的核数。 弛豫（relaxation）—— 高能态的核以非辐射的 方式回到低能态。
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规定
TMS
= 0，在其左侧的峰的 为正值，在其右侧
的峰的为负值。
屏蔽效应强，共振需要的磁场强度大，共振峰在高场出现， 其 值小。
屏蔽效应弱，共振需要的磁场强度小，共振峰在低场出现， 其 值大。
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例. 分别用 60MHZ 和 100MHZ 的仪器测定
CH3CCl2CH2Cl 中的-CH3上的H核，其共振峰与TMS
1H
13C
核的 γ ＝ 2.68×108 T-1.s-1
核的 γ ＝ 6.73×107 T-1.s-1
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9.1.2 核在外磁场中的自旋取向
Ｉ≠ 0 的核叫磁性核。
磁性核在外磁场中会发生自旋能级的裂分，产生不同的自 旋取向。
共有 2Ｉ＋1 种量子化的自旋取向。
每一种取向都代表了原子核的某一特定的自旋能量状态，
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Ｉ＝ 1/ 2 的原子核 ：
1H，13C，19F，31P

红外分光光度计测量分辨率主要决定于狭缝的宽 度，光谱狭缝宽度愈小，仪器的分辨率愈好。所以为 提高仪器的分辨率，应尽可能使狭缝的宽度小。
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图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭 缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形 状和强度也发生变化。
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2．测量准确度 指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信 号放大，才能记录成红外光谱。
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三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率 分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度 计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器， 如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至 更小。
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
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第一节 红外光谱的基本原理
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（5）谱带的划分：
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高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波 数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
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三、红外光谱产生的原理
光源 单色器 检测器 电子放大器 记录系统

• 依据基团得振动频率主要取决于组成基团得原子种 类,常见元素:C、H、N、O、 P、 S、F、Cl、Br、 Na等;
• 将红外光谱划分四个区。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
1、基本振动频率 σ 1 K 2C
• 依据基团振动频率与化学键力常数得关系规律,表
中数据说明:μ相同得基团,K ↓, σ ↓。
单键区(指纹区)得特点
• 单键区由于下述原因使其吸收峰多而复杂:
–由大量存在得有机化合物基本骨架C-C单键产生 得吸收峰;
–由于N、O原子量与C相差小,使C-O、C-N与C-C得 伸缩振动峰很难区别;
–由于C-H、N-H、O-H得弯曲振动也在该区域,使 其增加了复杂性;
–由于C与N就是多价元素,增加了其复杂性。
共轭效应
当两个或更多双键共轭时,因π电子离域↑,即共 轭体系中电子云密度平均化,使双键性↓,K ↓ ,其 基团↓,仍以羰基C=O为例。
O H3CCCH3
O C CH3
1715cm -1 1685cm -1
O
O
C CH3
C
1685cm -1 1660cm -1
共轭体系中得单键特点:K ↑ ,振动 ↑ 例:酚与脂肪醇:为什么酚C-O >醇C-O ？
OH
Ｏ与苯环共轭,
使C-O 键K ↑,C-O ↑
1230～1200 cm-1 。
CH2CH2 C O H
C-O 在1150～1050 cm-1
-I与+M共存时,应考虑主导效应
• 以酰胺为例:-I无法解释c=o↓ ,酰胺主导效应就是+M,结果 c=o↓ , c=o在1689 cm-1左右。N-H变成＝N-H键,键长缩短, =N-H反而↑。