核磁共振-ppt医用物理学课件
73页1、核磁共振波谱,第一节 核磁共振基本原理 第二节 核磁共振与化学位移 第三节 自旋偶合与自旋裂分 第四节 谱图解析与化合物结构确定 第五节 碳-13核磁共振,一、 原子核的自旋,若原子核存在自旋,产生核磁矩; 自旋角动量:,I:自旋量子数; h:普朗克常数; 核磁子=eh/2M c,自旋量子数(I)不为零的核都具有磁矩,原子的自旋情况可以用(I)表征:,质量数 原子序数 自旋量子数I 偶数 偶数 0 偶数 奇数 1,2,3. 奇数 奇数或偶数 1/2;3/2;5/2.,核 磁 矩:,第一节 核磁共振基本原理,(1) I=0 的原子核O(16);C(12);S(32)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,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)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
2、的主要组成元素。,二、 核磁共振现象,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。,当置于外加磁场H0中时,相对于外磁场,可以有(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,磁量子数1/2; (2)与外磁场相反,能量高,磁量子数1/2;,核磁共振现象:,两种取向不完全与外磁场平行,5424 和 125 36,相互作用, 产生进动(拉莫进动)进动频率 0; 角速度0; 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),高能量,低能量,三、核磁共振条件,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。,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 ),电磁波辐射,共振条件:,(1) 核有自旋(磁性核) ; (2)外磁场H0,能级裂分; (3
3、)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 ),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),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。 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。,四、核磁共振波谱仪,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。 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
4、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。,一、核磁共振与化学位移,理想化的、裸露的氢核;满足共振条件: 0 = H0 / (2 ) 产生单一的吸收峰; 实际上,氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场作用下,运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场,起到屏蔽作用,使氢核实际受到的外磁场作用减小: H=(1- )H0 :屏蔽常数。 越大,屏蔽效应越大。 = / (2 ) (1- )H0 由于屏蔽作用的存在,氢核产生共振需要更大的外磁场强度(相对于裸露的氢核),来抵消屏蔽影响。,第二节 核磁共振与化学位移,1、化学位移:,0 = / (2 ) (1- )H0 由于屏蔽作用的存在,氢核产生共振需要更大的外磁场强度(相对于裸露的氢核),来抵消屏蔽影响。,在有机化合物中,各种氢核周围的电子云密度不同(结构中不同位置)共振频率有差异,即引起共振吸收峰的位移,这种现象称为化学位移。,2、化学位移的表示方法,1位移的标准 没有完全裸露的氢核,没有绝对的标准。,相对标准:四甲基硅烷 Si(CH3)4 (TMS)(内标) 位
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