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第九章 核磁共振光谱法 PPT课件

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《核磁共振波谱法》PPT课件

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采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。

核磁共振波谱分析方法 ppt课件

核磁共振波谱分析方法 ppt课件
（1） 饱和烃 -CH3: CH3=0.791.10ppm
-CH:
-CH2: CH2 =0.981.54ppm
CH= CH3 +(0.5 0.6)ppm
O CH3 N CH3 C C CH3 O C CH3 CH3
36
H=3.2~4.0ppm H=2.2~3.2ppm H=1.8ppm H=2.1ppm H=2~3ppm
CH3
Si
CH3
CH3
(3)容易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。
16
试样的共振频率
标准物质TMS的共振频率
试样 TMS 6 10 0
化学位移
仪器频率
感生磁场 H'非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 6 10 为方便起见，故×
17
(3).影响化学位移(电子云密度)的因素: a.电负性:
数)
E = hν
H0
低能态
h E H0 2
9
3.核磁共振的产生 : 外界提供的能量等于不同取向原子核的能级差.即:
h h E H0 2
H0 2
I≠0
核——原子核自旋 磁——外加磁场H0 共振—— H 0 2
10
诱导产生自旋能级分裂
能级跃迁
二、核磁共振仪器:
ii) 某组环境相同的氢核，分别与n个和m个环境 不同的氢核（或I=1/2的核）偶合, 则裂分为 (n+1)(m+1)个峰
28
Hb
Hb Ha Hc C C C Br Hb Ha Hc
4
c
a
b
3
2
1
0
Jba Jca
Jca Jba Ha裂分峰:(3+1)(2+1) = 12 实际裂分峰: 6

核磁共振光谱法ppt课件

核磁共振光谱法ppt课件

但是，实际上在分辨率较高的核磁共振仪上测得的有机物氢 谱往往会得到许多条氢核共振谱线，且存在许多精细结构。 乙醇的核磁共振图谱如图所示（60MHZ）
(a) 低分辨；
(b)高分辨
一、化学位移及其影响因素
1. 两类化学环境
究其原因发现是由于核所处的化学环境对核磁共振吸收的 影响。不同的化学环境就会产生不同的核磁共振信息，因 此就使核磁共振波谱成为研究有机分子结构的重要手段。
两类化学环境的影响： (1) 质子周围基团的性质不同，使它的共振频率不同，这 种现象称为化学位移。 (2) 所研究的质子受相邻基团的质子的自旋状态影响，使 其吸收峰裂分的现象称为自旋－自旋裂分。
2. 化学位移及其表示
化学位移的产生： 当原子核置于强磁场中，其周围运 动着的电子就会产生一个方向相反 的感应磁场，这种对抗外磁场的作 用，称为电子的屏蔽效应。由于核 外电子云的屏蔽作用，使原子核实 际受到的磁场作用减小，为使核磁 发生共振，必须增加外加磁场的强 度以抵消电子云的屏蔽作用。
（二）脉冲傅里叶变换核磁共振波谱(PFT-NMR)
CW-NMR采用的是单频发射和接收方式，在某一时刻内， 只能记录谱图中很窄一部分信号，即单位时间内获得的信息很 少,对于低浓度及信号强度弱的试样（如13C）测定灵敏度低。
PFT-NMR是采用多道发射机同时发射多种频率，使处于 不同化学环境的核同时共振，再采用多道接收装置同时得 到所有的共振信息，因此大大提高了分析速度和灵敏度。
磁 矩 μ （核磁子）* 2.79268 0.85741 2.688 0 0.7023 0.4073 0 -1.893 2.628 1.1305
磁旋比，γ （T－1·S-1·10-8） 2.675 0.4102 0.8583 0 0.6721 0.1931 0 -0.3625 2.5236 1.083

[课件]第九章 核磁共振波谱PPT

[课件]第九章 核磁共振波谱PPT

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
10
v ＝ v0＝γB0 / 2π
12
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。
20
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。
21
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
6
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，
4
Ｉ＝ 1/ 2 的原子核 ：
1H，13C，19F，31P

光谱学-核磁共振课件

光谱学-核磁共振课件
谱峰
表示特定原子核的特征，由原子核的磁性、化学环境等因素决定。
化学位移
表示原子核在磁场中的位置，与原子核周围的电子云密度和屏蔽效 应有关。
核磁共振谱的解析
确定分子结构
通过分析谱峰的位置和强度，可以推断分子中原子核 的排列和相互作用。
定量分析
通过测量谱峰的面积或高度，可以计算出样品中特定 原子核的浓度。
动力学研究
通过分析谱峰的变化，可以研究分子在溶液中的动态 行为。
核磁共振谱的应用
01
有机化学
用于研究有机化合物的结构、构型 和反应机理。
环境科学
用于检测和监测环境中的污染物和 化学物质。
03
02
生物化学
用于研究生物大分子的结构和功能， 如蛋白质、核酸等。
医学成像
用于医学诊断和治疗，如MRI成像技 术。
样品的纯度和磁性可能会影响实验结 果，因此应确保样品的纯度，并注意 避免磁性杂质的影响。
ห้องสมุดไป่ตู้
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
光谱学在核磁共振中的未来发展
新型探测技术的发展
随着新型探测技术的不断涌现，光谱学在核磁共振中的应用将更加 广泛和深入。
高分辨率成像技术
未来光谱学与核磁共振的结合将实现高分辨率成像，为医学诊断和 治疗提供更加精准的技术支持。
交叉学科研究的融合
光谱学与核磁共振的结合将促进化学、生物学、医学等交叉学科研究 的融合与发展。
光谱学-核磁共振课件
目录
• 核磁共振基本原理 • 光谱学基础 • 核磁共振光谱分析 • 光谱学在核磁共振中的应用 • 实验操作与注意事项
01 核磁共振基本原理
原子核的磁矩

仪器分析-核磁共振波谱法ppt课件

仪器分析-核磁共振波谱法ppt课件

一般过程是：样品置于样品管中，并插入 磁场中，样品管以一定的速度旋转，经波 谱仪扫描后，接收器获得核磁共振信号， 经一系列检波、放大后，显示在示波器和 记录仪上，得到核磁共振谱。一张核磁共 振谱图一般都经过N次（100次左右）重复 扫描，在计算机中累加得到，这样可以提 高信噪比。 优点：价格较低，稳定易操作，适合化学 工作者例行分析。
γ B0
ν共振= 2π (1-σ ) ⑨ 由上式可知，同种原子核（ 1H核）由于所 处的化学环境不同，亦即受到核外电子屏 蔽作用不同,其共振频率各不相同，共振吸 收峰将分别出现在NMR谱的不同频率区域

或不同磁场强度区域，此即为化学位移。 若固定照射频率进行扫场，则σ 大的1H核 出现在高磁场处，σ 小的1H核出现在低磁 场处。据此，我们可以进行氢核结构类型 的鉴定（即有机化合物结构鉴定）。 2.化学位移的表示方法 尽管同一分子中不同类型的1H核，共振频 率各有差异，但差异不大，相对于B0或ν0 来说，仅为百万分之十左右，对其绝对值 的测量难以达到所需要的精度。

ห้องสมุดไป่ตู้
标准物质TMS的特点：TMS即四甲基硅烷 （Tetramethyl Silane） ① TMS中12个氢化学环境相同，在NMR谱 中只给出一个尖锐的单峰，易辨认。 ② TMS与一般有机物相比，氢核外围的电 子屏蔽作用较大，共振吸收峰位于高场端。 一般有机物的1H谱或13C谱峰大都出现在 TMS峰的左边。 ③ TMS化学性质稳定，沸点低，便于回收 ④ 在1H谱或13C谱中都规定δ TMS=0。

故实际工作中是采用测定相对值来表示， 即以某标准物质的共振峰为原点，测定样 品中各质子共振峰与原点的相对距离，这 种相对距离就称为化学位移(chemical shift)。 IUPAC建议，化学位移一律采用位移常数δ 值表示 ：
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N N
1 2 1 2

h H 0 E exp( ) exp( ) KT 2 KT
T 300 K
1000007 1000000
化学工业出版社
K 为玻尔兹曼常数、
N N

1 2 1 2


2.弛豫过程
高能态的原子核通过非辐射形式放出能量而回到低能态 的过程叫弛豫过程。 处于高能态的核将能量以热能形 式传递给周围粒子而回到低能态。周围粒子，对固体样品 是指晶格，液体样品是指同类分子或溶剂分子。
化学工业出版社
对于 I = 1/2 的 H 核，其 m 取值为 +1/2 和 -1/2，
m = +1/2 的取向与外磁场方向相同，能量较低，m = -1/2 的 取向与外磁场方向相反，能量较高，即在外磁 场下 H 核的能级分裂为两个。 根据电磁理论，原子核在磁场中具有的势能 E 为：
h E mH 0 2
化学工业出版社
磁的各向异性效应是通过空间传递的。在氢谱中，这种 效应很重要。 ① 叁键的磁的各向异性效应 碳碳三键是直线型，π 电子以园柱形环绕三键运行，若 外磁场沿分子的轴向，则π 电子流产生的感应磁场是各向异 性的。 ② 双键的磁的各向异性效应 当外磁场的方向与双键所处的平面互相垂直时，π 电 子环流所产生的感应磁场也是各向异性的。 ③ 苯环的磁的各向异性效应 苯环的电子云对称地分布于苯环平面的上下方，当外磁 场方向垂直于苯环平面时，在苯环上下方各形成一个类似面 包圈的 π 电子环流，此电子环流所产生的感应磁场也是各 向异性的。
HC C H
CH2 CH C C H
δ
1.80
2.8~3.10
化学工业出版社
H
OCH3 C C H
CH 2 CH 2
H
δ
5.25
3.99
5.50
3.磁的各向异性效应 所谓磁的各向异性效应就是当化合物的电子云分布不 是球形对称时，就对邻近氢核附加了一个各向异性的磁场， 从而对外磁场起着增强或减弱的作用，使在某些位置上的 核受到屏蔽效应（+），δ 移向高场，而另一些位置上的 核受到去屏蔽效应（-），δ 移向低场。
电负性 δ
1.8 0
化学工业出版社
CH3 Br
CH3CH 2 Br
CH3 (CH2 )2 Br
CH3 (CH2 )5 Br
δ
2.68
1.65
1.04
0.9
诱导效应通过化学键传递，间隔的键越多，诱导效应的影 响越小，诱导效应是预测化学位移的最重要因素。 2.共轭效应 与诱导效应一样，共轭效应亦可使电子云密度发生变化， 使化学位移向高场或低场移动。
T1 为自旋－晶格弛豫时间，与峰的强度成反比。 T1 一
① 自ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ－晶格弛豫
般在 0.01～100 s 之间，固体样品 T1 大，故一般配成溶液。 高能态的核将能量传递给低能态 核，使它变成高能态而自身回到低能态。 T2 为自旋－自旋弛豫时间，与峰宽成反比。
化学工业出版社 ② 自旋－自旋弛豫
第二节 化学位移
第九章 核磁共振光谱（NMR）
第一节 NMR 的基本原理
一、原子核的磁性质
1.原子核的自旋 原子核是具有一定质量和体积的带电粒子，大多数原子 核都围绕着某个轴自身作旋转运动，这种自身旋转称为自旋运 动。有机械的旋转就有角动量产生，核由自旋产生的角动量是 一个矢量，其方向服从右手定则，与自旋轴重合。自旋角动量 的绝对值为： h
化学工业出版社
2.原子核的磁矩 原子核是带正电荷的粒子，当作自旋运动时，会产生 循环电流，也就会产生磁场，用磁矩μ来表示这种磁性质， 其大小与角动量 P 成正比。

P
称为磁旋比，是原子核的重要属性。
二、自旋核在磁场中的行为
无外磁场时，原子核的自旋取向是任意的，但有外磁场 存在时，原子核就会相对于外磁场发生自旋取向。按照量子 力学理论，核的自旋取向数为： 自旋取向数 = 2 I + 1 原子核在磁场中的每一种取向都代表了某一特定能级， 可用磁量子数 m 表示，m = I，I-1，…，-I。
较低能级的能量为：
E

1 2
h H 0 4
化学工业出版社
较高能级的能量为：
E

1 2
h H 0 4
两个能级的能量差为：
E E
1 2
E

1 2
h h h H 0 H 0 H 0 4 2 4
三、核磁共振条件
在外磁场中，具有磁矩的原子核存在着不同能级。此时， 如运用某一特定频率的电磁波来照射样品，当电磁波的能量 等于 ΔE 时，原子核即可从低能级跃迁至高能级，从而产生 核磁共振吸收信号。所以产生核磁共振的条件为：
P 2 I ( I 1)
式中，P 为核自旋角动量的最大可观察值，I 为核自旋量 子数，h 为普朗克常数。
化学工业出版社
核自旋量子数与原子量与原子序数有关，详见下表。
I = 0 的核没有自旋现象，不产生 NMR 信号；I＞1/2
的核，有电四极矩，不适于 NMR 研究； I = 1/2 的核，其 电荷呈球形发布，是 NMR 中最主要的研究对象，尤以 1H 和 13C 核研究的最多。 6 1
一、化学位移的产生
1 rH 0 2
分子中的磁性核都不是裸核，它们被不断运动着的电 子云所包围，产生环形电流，在外加磁场的作用下，这种 环形电流会感生出一个对抗外磁场的次级磁场，这种对抗 外磁场的作用称为屏蔽效应，为此引入屏蔽常数 σ，以表 示核实际受到的磁场强度，即
H 实 H 0 H 0 H 0 (1 )
1 H 0 (1 ) 2
化学工业出版社
二、化学位移的表示方法
X S 106 S ( 0 )
HS H X 106 H S (H 0 )
三.影响化学位移的因素
1.诱导效应
(CH3)4Si (CH3)3H 2.1 0.23 (CH3)3I 2.5 2.16 (CH3)3Cl 3.1 3.05 (CH3)3OH 3.5 3.40 (CH3)3F 4.0 4.26
化学工业出版社
h h H 0 2
1 H 0 2
当满足核磁共振条件时，产生核磁共振吸收，观 察核磁共振吸收的方法有两种，即 固定照射频率，改变磁场强度－扫场 固定磁场强度，改变照射频率－扫频

扫描
化学工业出版社
四、弛豫过程
1.Boltzmann 分布
低能态的核和高能态的核在热力学平衡时，其比值符 合 Boltzmann 分布。