n核磁共振.pptx

Felix BlochFelix Bloch,USA and,USA and Edward M.PurcellEdward M.Purcell,USA,USA The Nobel Prize in Physics The Nobel Prize in Physics 19521952,for their discovery,for their discovery of new of new methods for nuclear magnetic precision measurements and methods for nuclear magnetic precision measurements and discoveries in connection therewith discoveries in connection therewith Richard R.ErnstRichard R.Ernst,Switzerland,Switzerland The Nobel Prize in Chemistry The Nobel Prize in Chemistry 19911991,for his,for his contributions to the contributions to the development of the methodology of high development of the methodology of high resolution nuclear magnetic resolution nuclear magnetic resonance(NMR)spectroscopy resonance(NMR)spectroscopy Kurt WuthrichKurt Wuthrich,Switzerland,Switzerland The Nobel Prize in Chemistry The Nobel Prize in Chemistry 20022002,for his development,for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the determining the three-dimensional structure of three-dimensional structure of biological macromolecules in solution biological macromolecules in solution Paul C.LauterburPaul C.Lauterbur,USA and,USA and Peter MansfieldPeter Mansfield,United Kingdom,United KingdomThe Nobel Prize in Physiology or Medicine The Nobel Prize in Physiology or Medicine 20032003,for,for their discoveries concerning magnetic resonance imaging“their discoveries concerning magnetic resonance imaging“核磁共振核磁共振(NMR)(NMR)I I 0 0 质子质子(夸克和胶子夸克和胶子)+中子中子原子核自旋量子数原子核自旋量子数I（复合粒子自旋（复合粒子自旋)：核子自旋角动量和轨道角动量总和核子自旋角动量和轨道角动量总和 I：0 0 自旋：基本粒子的内秉性质，自旋：基本粒子的内秉性质，内秉角动量或内秉角动量量子数的简称内秉角动量或内秉角动量量子数的简称运算规则类似于经典力学的角动量，并因此产生一个磁场。运算规则类似于经典力学的角动量，并因此产生一个磁场。磁矩（表征磁性）：磁矩（表征磁性）：=PP :旋磁比旋磁比 自旋磁量子数自旋磁量子数mI =-I,-I+1,I (2I+1个个)原子核的一些基本属性原子核的一些基本属性核处于各激发态时，由于核子轨道运动状态不同，因而有不核处于各激发态时，由于核子轨道运动状态不同，因而有不同的核自旋。各激发态的核自旋是核能级的标记之一同的核自旋。各激发态的核自旋是核能级的标记之一 玻色子玻色子遵从玻色遵从玻色-爱因斯坦分布；爱因斯坦分布；费米子，遵从费米费米子，遵从费米-狄拉克分布狄拉克分布和泡利不相容原理和泡利不相容原理m mI I:2I+1 :2I+1 m mI I=0,1=0,1第九讲第九讲 p20p20(2)I1/2的原子核的原子核 1H，13C，19F，31P 核电荷均匀分布的核电荷均匀分布的球体球体，有磁矩，有磁矩，是是NMR研究的主要对象研究的主要对象(1)I=0:无自旋，无磁矩，无无自旋，无磁矩，无NMR共振吸收共振吸收 1616O O、1212C C、2222S S等等(3)I=1或或I0 I=1:2H,14N I=3/2:11B,35Cl,79Br,81Br I=5/2:17O,127I核核电电荷荷分分布布可可看看作作一一个个椭椭球球体体，电电荷荷分分布布不不均均匀匀，共振吸收复杂，研究应用较少；共振吸收复杂，研究应用较少；无外磁场无外磁场热平衡状态下热平衡状态下物质中核磁矩空间分布物质中核磁矩空间分布Pz=mz(h/2)z z轴轴投影投影I1/2,mz=-1/2,+1/2 能级简并能级简并外加稳恒磁场外加稳恒磁场(H(H0 0)B)B0 0后后mz=-1/2,+1/2 能级解除简并能级解除简并 塞曼效应塞曼效应 Zeeman splitting角动量角动量Pz=mz(h/2)磁矩：磁矩：z=PzI=1/2,mz=-1/2,1/2 E=(h/2)B0能级量子化能级量子化EE与外磁场相互作用能与外磁场相互作用能 E=-zB0=mz(h/2）用一个能量恰好等于用一个能量恰好等于E的电磁波照射，该核就能吸收的电磁波照射，该核就能吸收此频率的电磁波，发生能级跃迁，产生共振吸收。此频率的电磁波，发生能级跃迁，产生共振吸收。同位素同位素I天然丰度天然丰度（%）绝对灵敏度绝对灵敏度共振频率（共振频率（MHz)B=7.0463T1H1/299.981.003002H10.0151.45*10-646.0513C1/21.111.76*10-475.4314N199.631.01*10-321.6715N1/20.373.85*10-630.4019F1/21000.83282.2331P1/21006.63*10-2121.40EEE=(h/2)B0外径外径5mm5mm玻璃管玻璃管 旋转旋转NMR谱仪构造简图谱仪构造简图被测样品混合一定浓度四甲被测样品混合一定浓度四甲基硅烷基硅烷(TMS(TMS，结构对称，为，结构对称，为单峰，化学惰性，沸点单峰，化学惰性，沸点2727易回收易回收)溶于一定溶剂溶于一定溶剂NMR谱主要信息谱主要信息此时，产生共此时，产生共振吸收的频率振吸收的频率偏离偏离v0，不同的不同的化学环境，不化学环境，不同偏离度同偏离度1950 1950 年年W.G.Proctor,Y.C.YuW.G.Proctor,Y.C.Yu:NHNH4 4NONO3 3的的1414N NMRN NMR 两条谱线两条谱线NMR 1H氢谱氢谱NMR 14N谱谱谱峰位置：化学位移谱峰位置：化学位移谱峰强度：相同类型原子（核）数目谱峰强度：相同类型原子（核）数目NMR 29Si谱谱 参考书参考书p60强度强度 2:1判断配位信息判断配位信息参考书参考书p59参考书参考书p60判断固体中原子迁移判断固体中原子迁移“Li2N+Li”参考书参考书p61