厦门大学：《仪器分析实验》课程教学课件（PPT讲稿）核磁共振波谱法 Nuclear Magnetic Resonance（NMR）

仪器分析（含奥验） 《仪器分析实验》 实验49核磁共振液谱法 N Nuclear we Magnetic Resonance For Short:NMR 化学史發教学示戒中小 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 《仪器分析实验》 实验49 核磁共振波谱法 Nuclear Magnetic Resonance For Short：NMR 仪器分析(含实验)

核磁共振波谱法 一、NMR三要素 二、NMR的基本信息及NMR谱图解析 三、NMR谱仪结构 四、NMR实验操作步骤 化学实验教学示范中心 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 核磁共振波谱法 一、NMR三要素 二、NMR的基本信息及NMR谱图解析 三、NMR谱仪结构 四、NMR实验操作步骤

NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 磁性原子核：质子数或中子数为奇数的原子核具有自 旋角动量，当原子核自旋时，相当于核表面的正电荷在 运动，运动的电荷即电流会感应产生磁场，因此， 每一个自旋的原子核相当于一个磁偶极子，自旋的原 子核也称为磁性核。例如L,13C,19F等。 current) spinning proton loop of current bar magnet 三> 化学史發数学示戒中 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 1. 磁性原子核:质子数或中子数为奇数的原子核具有自 旋角动量, 当原子核自旋时,相当于核表面的正电荷在 运动，运动的电荷即电流会感应产生磁场，因此， 每一个自旋的原子核相当于一个磁偶极子,自旋的原 子核也称为磁性核。例如1H, 13C, 19F等。 =>

一NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 2. 静磁场：没有外加静磁场时，原子核的自旋是任意取 向的，样品的宏观磁矩为零。当把含磁性核的样品 放入静磁场时，对于自旋1=1/2的原子核，核自旋有 两种取向：一种与外加静磁场平行，原子核的能量 降低；另一种与外加静磁场反平行，原子核的能量 升高，即原子核产生能级分裂。 S (Bspin d higher enengy twist ①ap B S N Bo B Z lower cnergy H incrcases No Field Magnetic Field spinsinal dtions N spins aligned with no energy difference or against field lower energy higher energy more stable less stable 化学实验教学示范中心 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 2. 静磁场:没有外加静磁场时，原子核的自旋是任意取 向的，样品的宏观磁矩为零。当把含磁性核的样品 放入静磁场时，对于自旋I＝1/2的原子核，核自旋有 两种取向：一种与外加静磁场平行，原子核的能量 降低；另一种与外加静磁场反平行，原子核的能量 升高，即原子核产生能级分裂

一NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 3.射频场：如果在垂直于外加静磁场的方向加一射频场， 当射频场的角频率满足△E=v=yB,时，原子核产生共 振吸收信号，其中h为Planck常数，Y为原子核的旋磁 比、B。为外加静磁场的强度。 N.mr tube with sample dE=hv compound in the magnetic energy level resonance signal field Bo diagram Figure 1 The formation of an n.m.r.signal 化学史發教学示戒中小 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 一 NMR的三要素-磁性核、静磁场、射频场 3. 射频场: 如果在垂直于外加静磁场的方向加一射频场， 当射频场的角频率满足 时，原子核产生共 振吸收信号，其中 为Planck常数, 为原子核的旋磁 比、 为外加静磁场的强度。  = = E h B   0  B0 h

几种核的NMR频率表 自然 灵敏度 场强(T)与NMR频率MHZ 核自旋丰度 相对 绝对 1.409 2.114 2.349 7.046 9.395 11.744 (%) H 1/2 99.98 1.00 1.00 60.000100.000200.000300.000400.000500.000 6Li 7.42 8.5E-3 6.31E-4 8.829 14.716 29.43144.146 58.892 73.578 Li 3/2 92.58 0.29 0.27 23.318 38.863 77.727116.590155.454194.317 13C 1/2 1.1081.59E-2 1.76E-415.08725.144 50.28875.432 100.577125.721 27A1 5/2 100 0.21 0.21 15.634 26.05752.11478.172 104.29 130.28 29Si 1/2 4.907.84E-33.69E-4 11.919 19.865 39.73059.595 79.460 99.325 51V 7/299.76 0.38 0.38 15.77326.28952.57678.864105.152131.44 化学实验教学示范中心 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 几种核的NMR频率表 核 自旋 自然 丰度 (%) 灵敏度 场强(T)与NMR频率(MHz) 相对 绝对 1.409 2.114 2.349 7.046 9.395 11.744 1H 1/2 99.98 1.00 1.00 60.000 100.000 200.000300.000 400.000 500.000 6Li 1 7.42 8.5E-3 6.31E-4 8.829 14.716 29.431 44.146 58.892 73.578 7Li 3/2 92.58 0.29 0.27 23.318 38.863 77.727 116.590 155.454 194.317 13C 1/2 1.108 1.59E-21.76E-4 15.087 25.144 50.288 75.432 100.577 125.721 27Al 5/2 100 0.21 0.21 15.634 26.057 52.114 78.172 104.29 130.28 29Si 1/2 4.90 7.84E-33.69E-4 11.919 19.865 39.730 59.595 79.460 99.325 51V 7/2 99.76 0.38 0.38 15.773 26.289 52.576 78.864 105.152 131.44

Spin State Energy Differences vs.Magnetic Field Strength βspin state randomly oriented nuclei △E兰 △E兰 (no magnetic field) 200 MHz 400 MHz forH forH 个 a spin Energy state High Field NMR increased sensitivity 0 4.7 9.4 increased resolution Magnetic field strength,Bo(Tesla) 化学史發数学示范中 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 Spin State Energy Differences vs. Magnetic Field Strength 0 4.7 9.4  Energy Magnetic field strength, B0 (Tesla)  E  200 MHz for 1H a spin state b spin state  E  400 MHz for 1H High Field NMR • increased sensitivity • increased resolution randomly oriented nuclei (no magnetic field)

二NMR谱的基本信息 1.化学位移 2.自旋耦合 3. 谱线积分面积 F9-0-CH-6% -CH A proton NMR spectrum of a solution containing a simple organic compound,ethyl benzene.Each group of signals corresponds to protons in a different part of the molecufe. Figure 2H n.m.r.spectrum of ethyl formate 化学实验教学示范中心 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 二 NMR谱的基本信息 1. 化学位移 2. 自旋耦合 3. 谱线积分面积

l化学位移：Chemical Shift 个B 三 个Bocal B: a bare nucleus(H) electrons generate an electron density partially feels the full effect of induced field(B) shields the nucleus from the external field(Bo) which opposes Bo Bo so it“feels”"Blocal 化学史發教学示戒中 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 1 化学位移:Chemical Shift  B0  Blocal a bare nucleus (H+ ) feels the full effect of the external field (B0 ) electron density partially shields the nucleusfrom B0 so it “feels” Blocal electrons generate an induced field (Bi ) which opposes B0  Bi

1化学位移：Chemical Shift 由于原子核外有电子屏蔽，原子核感受到的是所处环境局 域场的磁场强度B=B,1-o)，其中C为屏蔽常数， 随着原子核所处的化学环境变化而变化.因此，当原子核所 处的化学环境不同时，原子核感受到的磁场强度不同，因 此共振频率不同，谱峰落在不同的位置上。换言之，原子 核的共振频率与原子核所处的化学环境有关，即与屏蔽常 数有关。 CHEMICAL SHIFT 1s Orbital Induced magnetic moment at the nucleus Induced current Figure 2.2 Shielding of a proton in a magnetic field 化学实验教学示范中心 日期：2006年11月

化学实验教学示范中心 日期:2006年11月 1 化学位移:Chemical Shift 由于原子核外有电子屏蔽，原子核感受到的是所处环境局 域场的磁场强度 ，其中 为屏蔽常数， 随着原子核所处的化学环境变化而变化.因此，当原子核所 处的化学环境不同时，原子核感受到的磁场强度不同，因 此共振频率不同，谱峰落在不同的位置上。换言之，原子 核的共振频率与原子核所处的化学环境有关，即与屏蔽常 数有关。 ( ) 0 1 B B local = − 