第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法 核磁共振( Nuclear magnetic resonance,NMR)和电 子顺磁共振( Electron Paramagnetic resonance,EPR)与 UV和IR相同,也属于吸收波谱。EPR又称为电子自 旋共振谱( Electron Spin resonance,ESR) NMR和EPR是将样品置于强磁场中,然后用射频 源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能 级的共振跃迁;而ESR是使未成对的电子产生自旋能 级的共振跃迁
第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱法 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)和电 子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance, EPR)与 UV和IR相同，也属于吸收波谱。EPR又称为电子自 旋共振谱(Electron Spin Resonance, ESR)。 NMR和EPR是将样品置于强磁场中，然后用射频 源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能 级的共振跃迁；而ESR是使未成对的电子产生自旋能 级的共振跃迁
第三章核磁共振与电子顺磁共振波谱法 NMR ESR 研究对象 具有磁矩的原子核 具有未成对电子的物质 共振条件式 △E=hv=H0/ △E=hv=8BH0 称为核磁子, 称为玻尔磁子, 磁子/JT H的B=505×1027 电子的B=9273×1024 g因子 氢核H的g因子为 自由电子的g因子为 (又称朗德因子,无量纲)N=5.5855 g=2.0023 结构表征的主要参数 耦合常数,单位Hz;化超精细分裂常数α,常 学位移δ,常用单位Ppm用单位特斯拉 常用谱图 核吸收谱的吸收曲线和电子吸收谱的一级微分 积分曲线 曲线
第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱法 NMR ESR 研究对象 具有磁矩的原子核 具有未成对电子的物质 共振条件式 磁子/J/T 称为核磁子， 1H的＝5.05×10-27 称为玻尔磁子， 电子的＝9.273×10-24 g因子 (又称朗德因子，无量纲) 氢核1H的g因子为 gN ＝5.5855 自由电子的g因子为 ge ＝2.0023 结构表征的主要参数 耦合常数J，单位Hz；化 学位移，常用单位ppm 超精细分裂常数，常 用单位特斯拉 常用谱图 核吸收谱的吸收曲线和 积分曲线 电子吸收谱的一级微分 曲线 E hv H I = = 0 E = hv = gH0
3.1核磁共振波谱 NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射 ( Radio- frequency radiation)的吸收,它是对各种有机 和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工 具之一,有时亦可进行定量分析。 在强磁场中,原子核发生能级分裂能级极小:在 1.41磁场中,磁能级差约为25×103,当吸收外来电 磁辐射(109-1010mm,4900MH时,将发生核能级的 跃迁—产生所谓NMR现象
3.1 核磁共振波谱 NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射 (Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机 和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工 具之一，有时亦可进行定量分析。 在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在 1.41T磁场中，磁能级差约为2510-3J)，当吸收外来电 磁辐射(109-1010nm, 4-900MHz)时，将发生核能级的 跃迁——产生所谓NMR现象
3.1核磁共振波谱 射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)吸收 能级跃迁—NMR 测定有机化合物的结构, IHNMR一氢原子的位置、 环境以及官能团和C骨架上的H原子相数月) 与U和红外光谱法类似,MMR也属于吸收光谱, 只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射 的吸收
3.1 核磁共振波谱 测定有机化合物的结构，1HNMR──氢原子的位置、 环境以及官能团和C骨架上的H原子相对数目） 与UV和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱， 只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射 的吸收。 射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)——吸收 ──能级跃迁──NMR
31核磁共振波谱 ÷31.1核磁共振的基本原理 1原子核的磁矩和自旋角动量 带电原子核自旋→自旋磁场→磁矩p(沿自旋轴方向) 磁矩的大小与磁场方向的角动量P有关: =P(y为磁旋比) 每种核有其固定γ值(H核为2.68×108Ts4) 是以核磁子为单位,B=505×1027JT
3.1 核磁共振波谱 ❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理 1 原子核的磁矩和自旋角动量 带电原子核自旋→自旋磁场→磁矩 (沿自旋轴方向) 磁矩 的大小与磁场方向的角动量 P 有关： ＝P ( 为磁旋比) 每种核有其固定 值（H核为2.68×108T-1 s -1 )。 是以核磁子为单位， ＝5.05×10-27J·T-1
31核磁共振波谱 ÷31.1核磁共振的基本原理 1原子核的磁矩和自旋角动量 自旋角动量是量子化的,其状态是由核的自旋 量子数所决定。I的取值为0,1/2,1,3/2等。 +n h 2丌 产生核磁共振的首要条件是核自旋时要有磁矩产 生,即/为0的原子核如12C和10等,没有磁矩
3.1 核磁共振波谱 ❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理 1 原子核的磁矩和自旋角动量 2 ( 1) h P = I I + 产生核磁共振的首要条件是核自旋时要有磁矩产 生，即I为0的原子核如12C和16O等，没有磁矩。 自旋角动量是量子化的，其状态是由核的自旋 量子数I所决定。I的取值为0，1/2，1，3/2等
31核磁共振波谱 31.1核磁共振的基本原理 2原子核在外加磁场作用下的行为 没加人到磁场内时 的紊乱状态 h0(外部磁场 图3-1在外加磁场中的核磁
3.1 核磁共振波谱 ❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理 2 原子核在外加磁场作用下的行为
31核磁共振波谱 31.1核磁共振的基本原理 2原子核在外加磁场作用下的行为 核磁矩在磁场中的取向数可用磁量子数m来表 示,m=2I+1,即原来简并的能级分裂成(2/+1) 个能级。每个能级的能量为:E p为磁矩在外磁场方向的分量。 PH =ym E 2兀 2兀 0 △E=E n r Ho=uHHo 2兀
3.1 核磁共振波谱 ❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理 2 原子核在外加磁场作用下的行为 核磁矩在磁场中的取向数可用磁量子数m来表 示，m＝2I＋1，即原来简并的能级分裂成(2I＋1) 个能级。每个能级的能量为： E = − H H0 2 h H = m 0 2 H h E m = − H H I h E Em 1 Em 0 H 0 2 = − − = = H为磁矩在外磁场方向的分量
31核磁共振波谱 31.1核磁共振的基本原理 2原子核在外加磁场作用下的行为 tHyRo (k=1/2) △E=2HF0 图3-2分裂能级差与外磁场强度的关系
3.1 核磁共振波谱 ❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理 2 原子核在外加磁场作用下的行为 (I=1/2)
31核磁共振波谱 31.1核磁共振的基本原理 2原子核在外加磁场作用下的行为 只要外加的射频能量符合下式: △E=HnH0/I=h 就能产生核量子态间的能级跃迁。 低能级的核吸收射频波跃迁到高能级,产生核 磁共振吸收,此时,射频波的频率和外磁场强度 成比例
3.1 核磁共振波谱 ❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理 2 原子核在外加磁场作用下的行为 只要外加的射频能量符合下式： 就能产生核量子态间的能级跃迁。 低能级的核吸收射频波跃迁到高能级，产生核 磁共振吸收，此时，射频波的频率和外磁场强度 成比例。 E H I hv = H 0 =