北京交通大学：《环境分析化学》课程教学课件（讲稿）第九章 核磁共振分析法（nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR）

第八章二、原子核的自旋atomic nuclear spin核磁共振波谱二、核磁共振现象nuclearmagnetic resonance分析法三、核磁共振条件nuclearmagnetic resonancecondition of nuclearspectroscopy; NMRmagnetic resonance四、核磁共振波谱仪第一节nuclear magnetic resonance核磁共振基本原理spectrometerprinciples of nuclearmagneticresonance下一页17:14.02

17:14:02 第八章 核磁共振波谱 分析法 一、原子核的自旋 atomic nuclear spin 二、核磁共振现象 nuclear magnetic resonance 三、核磁共振条件 condition of nuclear magnetic resonance 四、核磁共振波谱仪 nuclear magnetic resonance spectrometer 第一节 核磁共振基本原理 nuclear magnetic resonance spectroscopy; NMR principles of nuclear magnetic resonance

原子核的自旋atomic nuclear spin若原子核存在自旋，产生核磁矩：up=2/(I+1)自旋角动量：μ = gβ/I(I+1)核磁矩：例子质量数(a)原子序数（Z）自旋量子（I）135奇数奇或偶1,'Hi,1C6,19F9,5N1=.....2222g"B,"h,=5170220偶数偶数12C6,160s,32S16奇数偶数I=1,"H,4N,,I-3,I°Bs1.2.3...木E17:14:02ae公顶

17:14:02 质量数（a） 原子序数（Z）自旋量子（I） 例子 奇数 奇或偶  2 5 , 2 3 , 2 1 , , 2 1 1 1 I = H 7 1 5 9 1 9 6 1 3C , F , N 8 1 7 1 7 3 5 5 1 1 , 2 5 , , , 2 3 I = B C l I = O 偶数 偶数 0 1 6 3 2 8 1 6 6 1 2C , O , S 偶数 奇数 1，2，3. 5 1 0 7 1 4 1 2 I = 1, H , N ,I − 3, B 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： ( 1) 2 = I I + h   核 磁 矩：  = g I(I + 1)  

讨论：资进轨递的原子核16O；12C；22 S等，无自(1) I=-0 E身装验旋，没有磁矩，不产生共振吸收自旋约质子(2) [=1 或I>0的原子核I=-1 : 2H, 14N：11B，35Cl，79Br，81Br1-3/2:I=5/2: 170, 1271IH， 13C， 19F,31P(3)I=1/2的原子核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木百17:14:02ae公页

17:14:02 讨论: (1) I=0 的原子核 16O； 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 (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

核磁共振现象nuclear magnetic resonance1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。当置于外磁场H.中时，相对于外磁场，有（2I+1）种取向：M=-氢核（I=1/2），两种取向NS（两个能级）：(1)与外磁场平行，能量低，十1/2;SN(2)与外磁场相反，能量高，一1/2;M=+n木17:14:02ae页页

17:14:02 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。 当置于外磁场H0中时，相对 于外磁场，有（2I+1）种取向： 氢核（I=1/2），两种取向 （两个能级）： (1)与外磁场平行，能量低，＋1/2; (2)与外磁场相反，能量高，－1/2;

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三、核磁共振条件condition of nuclear magnetic resonanceM=-2NSSN1-2MI =+木首17:14:02Kage页页

17:14:02 三、核磁共振条件 condition of nuclear magnetic resonance

讨论“核”“磁”怎样才能共振？(1)核有自旋(I0)(2)外磁场,能级裂分：(3)照射频率f与外磁场H应满足f=H,/(2元）HoHoVWo+AE0VU射频场-AEL射频振荡线圈wVo木首17:14:02ae页页

17:14:02 讨论:“核” “磁”怎样才能共振? (1) 核有自旋(I≠0) (2)外磁场,能级裂分; (3)照射频率ƒ与外磁场H0应满足ƒ=  H0 / (2 )

四、核磁共振波谱仪nuclear magnetic resonance spectrometer1.．磁铁：要求磁场强度试样管记录仪射频震荡器大、稳定、均匀。2．射频振荡器：线圈垂谢射频接收器直于外磁场，发射一定频永久永久N率的电磁辐射信号磁铁磁铁60MHz或100MHz。扫场线圈扫场线圈核磁共振仪原理示意图木E17:14:02ae页页

17:14:02 四、核磁共振波谱仪 nuclear magnetic resonance spectrometer 1．磁铁：要求磁场强度 大﹑稳定﹑均匀。 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

号（检3：射频信号接受器测器）：用以接受核磁共试样管记录仪振信号，能量的吸收为接射频震荡器受器所检出。射频接收器4．样品管：外径5mm的永久永久磁铁磁铁玻璃管,测量过程中高速旋旋。（为什么要高速旋转？扫场线圈扫场线圈核磁共振仪原理示意图木百17:14:02ae页顶

17:14:02 3 ．射频信号接受器（检 测器）：用以接受核磁共 振信号，能量的吸收为接 受器所检出。 4．样品管：外径5mm的 玻璃管,测量过程中高速旋 旋 。(为什么要高速旋转?)

样品的制备：试样浓度：5-10%；需要纯样品15-30mg；傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1mg;标样浓度（四甲基硅烷TMS）：1%:溶剂：H谱四氯化碳，二硫化碳：木E17:14:02ae页页

17:14:02 样品的制备： 试样浓度：5-10%；需要纯样品15-30 mg； 傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1 mg ； 标样浓度（四甲基硅烷TMS） ： 1%； 溶剂：1H谱 四氯化碳，二硫化碳；