关于核磁共振的三个参数
a .化学位移
按照核磁共振条件ω=γB0,在外磁场一定的条件下,核的共振频率只决定于γ值。同一种核本应有相同的共振频率,但由于原子核周围有电子云存在,它们对外磁场有一定的屏蔽作用,使得不同化学环境中(有不同的电子云分布)的原子核所感受到的实际磁场强度有些微小差别,从而引起共振频率的不同。
核外电子云对外磁场的屏蔽作用可由屏蔽常数σ描述。在外磁场B0的作用下,电子云在i 核位置上产生的局域磁场为σiB0,其方向与B0相反。相应地,i 核的核磁共振频率为
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这种共振频率对ω=γB
0的偏离称为化学位移。它将引起NMR 谱线的分散,称为NMR 谱线的精细结构。
要测定化学位移的绝对值,必须先测定孤立核的共振频率,这是不现实的。实际上也只需要测定谱线的相对化学位移△
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△与B
0成正比,磁场强度越高,△越大,谱线分得越清楚。
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多功能测试仪 为了使在不同磁场强度的NMR 波谱仪上所获得的同一样品的图谱有相同的描述,总是把化学位移表达为不依赖于磁场强度的相对值δ
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式中ω
S??样品谱线的NMR 共振频率;
ω
R??参考物质的频率。通常选用一些标准物质作为参考,如,液体
1H 谱和
13C谱常选用四甲基硅烷(TMS)作为参考物质。
b .自旋-自旋偶合
由化学位移起因看,化学环境相同的原子核应该共振于同一频率,即在谱图上呈现为单峰。但当仪器的分辨率达到一定水平后,可以看到这些单峰分裂成为多重峰。究其原因,是由于核与核间有能量偶合。它包括两核磁矩间的直接偶极相互作用(称为直接偶合D)及两个核磁矩通过各自周围的电子云产生的间接偶合(称为J偶合)。在液体NMR 谱中,由于分子的高速运动,D 偶合被平均,只能看到J 偶合。
自旋-自旋偶合既存在于相同种类的核之间(称为同核偶合,例如下图所示的乙基苯的1H 谱中,CH3和CH2基团1H 之间的偶合引起CH3呈三重峰和CH2呈四重峰),也存在于不同种类的核之间(称为异核偶合,例如乙基苯的13C 谱中CH3基团中1H 对13C的偶合引起CH3呈四重峰。)

通过偶合常数J,可计算核间距离,电荷密度等等。
c .弛豫时间
核自旋系统受到外界作用时,将离开其平衡位置而处于非平衡状态。外界作用一消失,核自旋系统将自动地恢复到平衡状态,这个过程称为弛豫。
弛豫过程可以分为两部分:由自旋与晶格或环境交换能量所引起的弛豫称为自旋-晶格弛豫过程,并用自旋-晶格弛豫时间Tl(亦称纵向弛豫时间)来描述;自旋体系内部也有能量偶合,在恢复过程中内部能量趋于无规分布而达到平衡的过程称为自旋-自旋弛豫过程,用自旋-自旋弛豫进间T2(亦称横向弛豫时间)来描述。
对于液体Tl≥T2
对于固体T1>> T2
利用测得的弛豫时间Tl 和T2,可以帮助图谱的归属,推测分子的大小,基团和链节的运动情况,缔合和络合情况等。