核磁共振原理和图谱分析技巧.pptx

核磁共振原理和图谱分析技巧一.核磁共振基础原理自旋量子数I值与原子核质量数A和核电荷数Z（质子数或原子序数）相关。P=2、自旋核在磁场中取向和能级对于1H1原子核：I=1/2共有2种取向：（+1/2，-1/2）自旋核在B0场中进动当自旋核处于外磁场B0中时，除自旋外(自旋轴方向与一致)，还会绕B0进动,称Larmor进动，类似于陀螺在重力场中进动。自旋核在BO场中进动hg⊿E=——B02π3、核磁共振产生NMR条件要满足核磁共振条件，可经过二种方法来实现：扫频—固定磁场强度，改变射电频率对样品扫描扫场—固定射电频率，改变磁场强度对样品扫描实际上多用后者。对于1H核，不一样频率对应磁场强度：射频（MHZ）磁场强度（特斯拉）601.40921002.35002004.70003007.100050011.7500饱和与弛豫饱和：在外磁场作用下，1H倾向于与外磁场相同取向排列。处于低能态核数目多，因为能级差很小，只占微弱优势。1H-NMR讯号依靠这些微弱过剩，低能态核吸收电磁辐射跃迁到高能级而产生信号。假如高能态核无法返回到低能态，那末伴随跃迁不停进行，这种微弱优势将深入减弱直至消失，处于低能态1H核数目与处于高能态1H核数目相等，与此同时，NMR讯号也会逐步减弱直至最终消失。上述这种现象称为饱和。核弛豫：1H核能够经过非辐射方式从高能态转变为低能态。只有当激发和辐射几率相等时，才能维持Boltzmann分布，不会出现饱和现象，能够连续观察到光谱信号。弛豫方式：1、自旋－晶格弛豫（纵向弛豫）：反应了体系和环境能量交换。“晶格”泛指“环境”。高能态自旋核将能量转移至周围分子(固体晶格、液体中同类分子或溶剂分子)而转变为热运动，结果是高能态核数目有所下降。2、自旋－自旋弛豫（横向弛豫）：反应核磁矩之间相互作用。高能态自旋核把能量转移给同类低能态自旋核，结果是各自旋态核数目不变，总能量不变。核磁共振原理和图谱分析技巧二、核磁共振仪磁体：永久磁体、电磁体(低频谱仪)超导磁体（高频谱仪）射频频率：60，80，100，300，400，600MHz射频源：连续波波谱仪，脉冲傅立叶变换波谱仪脉冲傅立叶变换核磁共振仪—固定磁场：超导磁体（含铌合金在液氮温度下超导性质。—脉冲方波(强而短频带，一个脉冲中同时包含了一定范围各种射频电磁波)可将样品中全部核激发。—自由感应衰减信号（FID信号）—经傅立叶变换得到NMR图谱。在核磁共振试验中，因为原子核所处电子环境不一样，而含有不一样共振频率。NMR信号包含许多共振频率复合信号,分析困难。傅立叶转换(FT)：将时域信号转换成频域信号。在频域信号图谱中,峰高包含原子核数目标信息,位置则揭示原子核周围电子环境信息。在PFT-NMR中，增设脉冲程序控制器和数据采集及处理系统。脉冲发射时，待测核同时被激发，脉冲终止时，开启接收系统，被激发核经过弛豫过程返回。有很强累加信号能力，信噪比高（600：1），灵敏度高，分辨率好（0.45Hz)。核磁共振原理和图谱分析技巧3.1化学位移定义：氢核因为在分子中化学环境不一样而在不一样共振磁场强度下显示吸收峰，称为化学位移。H核实际感受到磁场强度为：3.3化学位移表示方法：选取TMS(四甲基硅烷)作为标准物质原因?(1)屏蔽效应强，共振信号在高场区,绝大多数吸收峰均出现在它左边。(2)结构对称，是一个单峰。(3)轻易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。例：在60MHz仪器上，测得CHCl3与TMS间吸收频率之差为437Hz，则CHCl3中1H化学位移为：3.4核磁共振波谱测定化学位移偶合常数积分高度氘代溶剂干扰峰1HNMR谱中峰面积(peakarea)正比于等价质子数目用积分曲线表示峰面积。积分曲线高度与峰面积成正比关系。例：乙醇CH3CH2OH3组质子积分曲线高度比为3：2：1积分曲线(integrationline)甲基与苯环质子积分曲线高度比为3：2图3-5乙醚CH3CH2OCH2CH3氢核磁共振谱四、影响化学位移原因氢核受到屏蔽作用越大，峰越在高场出现，δ越小。拉电子基团：去屏蔽效应，化学位移增大推电子基团：屏蔽效应，化学位移减小化合物试比较下面化合物分子中HaHbHc值大小。4.2共轭效应讨论7.78各向异性效应：氢核与某功效基因空间位置不一样，受到屏蔽作用不一样，造成其化学位移不一样。原因：在外磁场作用下，由电子组成化学键会产生一个各向异性附加磁场,使得一些位置核受到屏蔽,而另一些位置上核则为去屏蔽。比如：CH3CH3CH2=CH2HC≡CHδ(ppm):0.865.251.80sp杂化碳原子上质子：叁键碳＋：屏蔽区；－：去屏蔽区去屏蔽效应：核外电子产生感应磁场与外加磁场方向相同，核所感受到实际磁场B有效大于外磁场。苯：7.27；乙烯：5.25；醛氢：9－10