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核磁共振光谱原理及应用(一)

时间:2019-03-03 09:23:29 来源:杏彩官网 作者:匿名



一,核磁共振光谱的基本原理

核磁共振(NMR)是现代仪器分析中极为重要的方法。该方法基于以下事实:核在外部磁场中被磁化并且可以在特定频率下产生振动。当施加的能量与核振动频率相同时,核能吸收能级转变并产生共振吸收信号,这是核磁共振的基本原理。

核磁共振光谱学由F. Bloch于1945年进行,EM Purcell发现他们在1952年获得了诺贝尔物理学奖。今天的核磁共振方法的灵敏度使得能够分析μg级样品以满足大多数有机物的分析需求。样本。

在有机结构分析的各种光谱学方法中,NMR方法给出的结构信息是最准确和严格的。在已知结构的核磁共振光谱中,物质的每个官能团和结构单元可以找到精确的相应吸收峰。在获得核磁共振光谱的信息并参考其他光谱信息后,可以推断出具有相对简单结构的小分子物质并用化学结构式排列,并且具有相对准确的结果。

磁场中核的共振吸收现象是纯粹的物理过程。该过程的描述涉及量子力学和波动力学的许多原理,以及微波脉冲技术和傅里叶变换的数学方法。核磁共振光谱法应用于物质分析,主要研究分子中不同原子之间的相互连接,从而引起共振频率位移——的化学位移;由核之间的相互作用产生的耦合分裂;共振吸收核的数量决定了共振吸收峰的强度和峰的积分面积,从而得到分子中的原子数和分子中的官能团数,这是定量分析。这些由积分线反映。因此,化学位移,耦合分裂和积分线是NMR谱分析方法中三个最重要的参数。

2.质子核磁共振光谱

质子核磁共振(1H-NMR)光谱,也称为核磁共振光谱,是最广泛研究和广泛使用的核磁共振光谱。由于氢原子周围只有一个电子,与所有其他原子核相比,它具有丰富的性质,大于99.9%,灵敏度最高。在有机化合物中,氢原子是分布最广的原子之一,并且几乎所有官能团都与氢原子直接或间接相关。因此,通过测量氢原子,可以表达各种官能团之间的关系。

(1)化学位移

由于分子中的核周围的电子围绕原子核旋转以形成一定的电子云密度,因此电子云对磁场中的核具有一定的屏蔽效应。相同的原子与分子中的不同原子相连,形成不同的化学微环境。原子周围的电子云密度不同,核磁共振吸收频率引起的位移称为化学位移。常见的碳原子。表达了位移。一些主要含氢基团的化学位移如图1-10所示。

确定和表达化学位移的绝对值是麻烦的。通常,选择标准,并且将共振吸收值设定为零。将其他原子的化学位移相互比较以获得化学位移的相对值。在核磁共振分析中,四甲基硅烷(TMS)中氢或碳的化学位移通常用作零,并且将有机化合物中大多数原子的化学位移与标准四甲基硅烷(TMS)进行比较。出现在低磁场的末端,即6的值通常是正的。

分子中各种氢原子的化学位移取决于氢原子周围的化学环境。如果原子或基团降低氢原子核外的电子密度,则氢原子的屏蔽减少,导致去除效果。氢原子的化学位移增加到低磁场的方向,即化学位移值;相反,如果原子或基团增加氢核外的电子密度,则产生屏蔽效应,并且氢原子的化学位移指向高磁场。

影响氢化学位移的因素主要包括:取代基的电负性,取代基的电负性越强,与同一碳原子连接的氢原子的共振吸收峰越向低磁场位移;轭系统中的环电流的影响在共轭分子中产生环电流。由环电流产生的磁通量与环的上侧和下侧的外部磁场的方向相反,即,磁场中的一些化学键和官能团的空间方向性;分子周围介质的影响,不同溶剂具有不同的磁化率,不同溶剂中样品分子的磁场强度也不同。也就是说,NMR结果必须表明溶剂的类型,化学位移的值是有意义的。另外,某些重叠峰可以通过使用不同的溶剂系统彼此分离。(2)原子自旋耦合分裂和耦合常数

分子中的质子在磁场中以其固有频率进行自旋运动。如果两组磁性不等价质子之间的距离足够接近,则两者将产生自旋耦合并分裂成两个峰。互耦程度由耦合常数表示。

耦合常数不受仪器和溶剂等外部因素的影响,是与分子结构相关的参数;耦合分裂的数量,分裂后每条线的强度,以及每个峰的裂缝距离(耦合常数)是NMR中光谱中的重要结构参数。

(1)耦合分裂峰的数量

对核磁共振谱的分析,每个质子分裂的数量受质子周围存在的相互作用的质子数的影响。质子在磁场中具有两个取向,顺式和反向。两个取向水平是不同的,并且为周围的质子产生两种不同的耦合。因此,耦合的质子被分裂成双峰。当存在两个质子时,产生三种不同的取向:两个质子平行于外部磁场的方向,两个质子反平行或一个质子平行而另一个质子反平行。这三种不同的取向使耦合的质子产生三重分裂;等等,如果存在n个质子,则出现(n 1)重分裂峰。

如果质子不是质子,而是其他磁核,则原子核的自旋量子数为I,原子核数为n,此时产生的质子裂解数为(2nI 1)重峰。如果质子周围存在磁性不相容的质子,则化学位移和耦合常数是不同的。质子数分别为n和n',分裂数为(n 1)·(n'1)。按照(n 1)或(n 1)·(n'1)定律分裂的核磁共振谱称为一阶谱;耦合分裂不遵循(n 1)或(n 1)·(n'1)定律。 NMR谱称为二级谱。

参考:现代食品检测技术

关键词:核磁共振光谱,食品检测,国家标准物质网络

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