1、第十一章 核磁共振与电子自旋共振波谱 本章 内容1 核磁共振的基本原理、驰豫过程、化学位移的表示与测量、自旋偶合与自旋裂分、 NMR谱仪的结构及实验技术、 NMR的分析及其应用2 电子自旋共振谱的基本原理、 ESR谱仪的结构、 ESR谱的分析与应用1945 年 12 月，哈佛大学珀塞尔（ E. M. Purcell） 等人，首先观察到石腊样品中质子的核磁共振吸收信号。 1946 年 1月，斯坦福大学布洛赫（ F. Bloch） 在水中也观察到质子的核磁共振信号。两人因此共获 1952 年诺贝尔物理奖。核磁共振经过 50多年的发展应用，使得此项技术迅速成为在物理、化学、生物、地质、计量、医学等领
2、域研究的强大工具。高强磁场超导核磁共振仪的发展，灵敏度大大提高。脉冲付里叶变换 NMR谱仪问世，极大地推动了NMR技术，使 13C、 15N、 29Si等 NMR谱及固体NMR谱得到广泛应用。核磁共振的发展历史及应用核磁共振光谱的定义核磁共振光谱是以频率为兆赫级、低能量的 电磁波照射 分子，电磁波能与暴露在强磁场中的磁性核 相互作用，引起磁性核在外磁场中发生磁能级的 共振跃迁 而产生吸收信号。核对射频区电磁波的吸收称为 核磁共振光谱 核磁共振光谱（ Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy), 缩写简称 NMR。根据 NMR图上吸收峰的位置、强度和精细结构
3、可以研究分子的结构。11.1 核磁共振基本原理。I = 0， P=0， 无自旋，不能产生自旋角动量，不会产生共振信号。 只有当 I 0时，才能发生共振吸收，产生共振信号。 11.1.1 核磁共振基本原理1、原子核的自旋原子核由质子和中子组成，与核外电子一样存在自旋。原子核绕 轴自身作旋转运动，产生自旋角动量 P。由量子力学计算， P的绝对值由核自旋量子数 I决定。 I是由实验测定。一、原子核的磁性I 的取值 质量数（ A） 原子序数 （ Z） 自旋量子数（ I） 奇 数 奇数或偶数 半整数 n + 1/2， n = 0,1,2,奇 数 整 数 偶 数 偶 数 0例如： I=1/2: 1H1 1
4、3C6 15N7 19F9 31P1557Fe26 77Se34 195Pt78 199Hg80 I=3/2: 7Li3 9Be4 11B5 23Na11 33S16 39K19 63Cu29 65Cu29 35Cl17 37Cl1779Br35 81Br35 .2、原子核的核磁矩 核自旋产生磁场，其方向由右手定则确定，如图所示。核磁矩由下式确定：式中： 为旋磁比。不同的核，其值不同； 为核磁矩； P为自旋角动量。由 P的定义公式得出P183式 11-3图 1 核磁产生磁场的方向 = P二、核 磁 在外磁场中的行为1）核磁 与外磁场 H0之间的作用能P是空间量子化的，在直角坐标 Z轴上的分量 Pz取一些分立的值， 因此是不连续的，是空间量子化的。以 1H核 为例，无外磁场 H0作用，排列是随机的，磁性相互抵消；加上外磁场 H0时， 1H有序排列。排列方式有 (2I+1 , I=1/2 )种，即两种取向，分别对应两个自旋量子数 mi=1/2。外磁场 H0与核的作用能 E= H0两种取向对应两个能级：当 与 H0同向 时， E= - H0；当 与 H0反向时， E= H0能级差公式见 P183： 11-6H0Mi= Mi=EE2= H0E1= H0E图 2 1H 在外磁场中的取向能级
