Sự phát triển và nguyên tắc của cộng hưởng từ hạt nhân

Đầu tiên, sự phát triển của một lịch sử ngắn gọn Giai đoạn đầu tiên: từ năm 1945 đến năm 1951, phát minh ra cộng hưởng từ hạt nhân và đặt cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của thời kỳ: Bloch (Đại học Stanford, quan sát trong tín hiệu proton nước) và Purcell (Đại học Harvard, quan sát thấy trong tín hiệu proton parafin) thu được giải thưởng Nobel. Giai đoạn thứ hai: 1951 đến 1960 cho giai đoạn phát triển, vai trò của nó được các nhà hóa học và nhà sinh học công nhận, để giải quyết nhiều vấn đề quan trọng. 1953 xuất hiện trong máy quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân 30 MHz đầu tiên; 1958 và sớm xuất hiện thiết bị 60 MHz, 100 MHz. Vào giữa những năm 1950, 1H-NMR, 19F-NMR và 31P-NMR đã được phát triển. Giai đoạn thứ ba: 60 đến 70 năm, giai đoạn nhảy vọt của công nghệ NMR. Công nghệ biến đổi Pulse Fourier để cải thiện độ nhạy và độ phân giải, có thể được đo thường xuyên hạt nhân 13C; Công nghệ cộng hưởng tần số kép và đa tần số; Giai đoạn thứ tư: phát triển lý thuyết và phát triển công nghệ cuối thập niên 1970.1.200, 300, 500 MHz và 600 MHz phổ kế siêu dẫn, 2, ứng dụng của một loạt xung, trong ứng dụng này rất quan trọng phát triển, 3, 2D-NMR xuất hiện, 4, nghiên cứu đa lõi, có thể được áp dụng cho tất cả các lõi từ tính, 5, đã có công nghệ hình ảnh cộng hưởng từ hạt nhân, và các môn học nhánh mới khác. Thứ hai, mục đích chính: 1. Xác định và xác nhận cấu trúc, và đôi khi có thể xác định cấu hình, hình dạng2. Kiểm tra độ tinh khiết của hợp chất, độ nhạy của chất pha loãng, sắc ký giấy cao3. Phân tích hỗn hợp, chẳng hạn như tín hiệu chính không trùng nhau, không tách rời có thể xác định tỷ lệ của hỗn hợp.4. Trao đổi proton, sự quay của một liên kết đơn, sự biến đổi của vòng và các thay đổi hóa học khác trong tốc độ của giả định1. spin của hạt nhânOf đồng vị của tất cả các nguyên tố, khoảng một nửa số hạt nhân có chuyển động quay. Những hạt nhân spin này là đối tượng của cộng hưởng từ hạt nhân. Lượng tử spin: Số lượng số lượng tử mô tả chuyển động quay tròn của hạt nhân, có thể là một số nguyên, một nửa số nguyên hoặc bằng không. Trong các thành phần hợp chất hữu cơ, C, H, O, N là thành phần quan trọng nhất. Trong các đồng vị của nó, 12C, 16O là không từ tính và do đó không trải qua cộng hưởng từ hạt nhân. Sự phong phú tự nhiên trong 1H của từ lớn, mạnh, dễ xác định, vì vậy nghiên cứu NMR chủ yếu dành cho proton. Độ phong phú của 13C là nhỏ, chỉ 12C 1,1% và độ nhạy tín hiệu chỉ là một proton để có được 1/64. Vì vậy, tổng độ nhạy chỉ 1/6000 của 1H, khó xác định hơn. Nhưng trong 30 năm qua, thiết bị cộng hưởng từ hạt nhân được cải tiến rất nhiều, có thể đo được trong phổ 13C trong thời gian ngắn và cung cấp thêm thông tin, đã trở thành phương tiện chính của NMR. Sự phong phú tự nhiên 1H, 19F, 31P của phân bố điện tích hạt nhân lớn, mạnh và từ tính của hình cầu, dễ xác định nhất.2. Hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân① Suy đoán: Quay với một từ trường nhất định Dưới tác dụng của từ trường ngoài H0, lõi này sẽ tạo thành góc cho chuyển động động học: là vận tốc động học trước, tỷ lệ với H0 (cường độ từ trường ngoài) .② hạt nhân spin theo hướng từ trường bên ngoài: không có từ trường bên ngoài, hướng từ trường spin là hỗn loạn. Lõi từ nằm trong từ trường ngoài H0, với định hướng (2I + 1). Sự quay của lõi từ trong từ trường bên ngoài có thể tương tự như suy đoán (phát âm, xoay) của con quay trong trường hấp dẫn.③ điều kiện của cộng hưởng từ hạt nhân Từ trường cộng hưởng từ phải có hạt nhân từ tính, từ trường bên ngoài và từ trường RF. Tần số của từ trường RF bằng tần số suy đoán của hạt nhân spin và sự cộng hưởng xảy ra từ trạng thái năng lượng thấp đến trạng thái năng lượng cao.④ Hiện tượng cộng hưởng từ hạt nhân: Theo hướng thẳng đứng của từ trường ngoài H0, một từ trường quay H1 được áp dụng cho hạt nhân trước. Nếu tần số quay của H1 bằng tần số suy đoán quay của hạt nhân, hạt nhân trước có thể hấp thụ năng lượng từ H1 và chuyển từ trạng thái năng lượng thấp sang trạng thái năng lượng cao Cộng hưởng từ hạt nhân.3. Độ bão hòa và thư giãn Hạt nhân năng lượng thấp chỉ cao hơn 0,001% so với hạt nhân năng lượng cao. Do đó, lõi trạng thái năng lượng thấp luôn nhiều hơn hạt nhân năng lượng cao, vì dư thừa một chút, do đó có thể quan sát sự hấp thụ của sóng điện từ. Nếu sự hấp thụ hạt nhân liên tục của sóng điện từ, trạng thái năng lượng thấp ban đầu bị giảm dần, cường độ tín hiệu hấp thụ sẽ bị suy yếu và cuối cùng biến mất hoàn toàn, hiện tượng này được gọi là bão hòa. Khi bão hòa xảy ra, số lượng lõi trong hai trạng thái quay hoàn toàn giống nhau. Trong từ trường bên ngoài, các hạt nhân năng lượng thấp thường có nhiều hạt nhân hơn trạng thái năng lượng cao, hấp thụ năng lượng sóng điện từ và di chuyển đến trạng thái năng lượng cao của lõi sẽ được giải phóng bởi nhiều cơ chế năng lượng khác nhau, và trở về trạng thái năng lượng thấp ban đầu, quá trình này được gọi là thư giãn.4. Hiệu ứng khiên - dịch chuyển hóa học, trạng thái cộng hưởng lý tưởngĐối với hạt nhân cô lập, hạt trần, ΔE = (h / 2π) γ · H; Dưới một số H0 nhất định, một hạt nhân chỉ có một EΔE = E bên ngoài = tần số duy nhất ν của H Tần số hấp thụ T, 1H của 100 MHz, tần số hấp thụ 13C của lõi thực 25,2 MHz: hiện tượng che chắn Hạt nhân bên ngoài electron (không bị cô lập, không bị phơi nhiễm) Trong các hợp chất: liên kết giữa các vai trò (vai trò) là khác nhau, như liên kết hóa học, liên kết hydro , tương tác tĩnh điện, lực liên phân tửImagine: Trong H0 = 2.3500 T, do các electron bên ngoài của tấm khiên, ở vị trí hạt nhân, từ trường thực tế nhỏ hơn một chút so với tần số 2.3500 Tần số TResonance hơi cao hơn 100 MHz. 1H là 0 đến 10 và 13C là 0 đến 250 Các hạt nhân hydro có các electron bên ngoài và chúng đẩy lùi các đường sức từ của từ trường. Đối với hạt nhân, các electron xung quanh được bảo vệ hiệu ứng (Che chắn). Mật độ của đám mây điện tử xung quanh lõi càng lớn, hiệu ứng che chắn càng lớn, sự gia tăng tương ứng cường độ từ trường để làm cho nó cộng hưởng. Mật độ đám mây điện tử xung quanh hạt nhân bị ảnh hưởng bởi các nhóm được kết nối, do đó, hạt nhân của các môi trường hóa học khác nhau, chúng chịu các hiệu ứng che chắn khác nhau, tín hiệu cộng hưởng từ hạt nhân của chúng cũng xuất hiện ở những nơi khác nhau. Instrument Nếu thiết bị được đo bằng 60 MHz hoặc Thiết bị 100 MHz, tần số sóng điện từ của proton hợp chất hữu cơ là khoảng 1000Hz hoặc 1700Hz. Khi xác định cấu trúc, cần xác định tần số cộng hưởng chính xác, thường đòi hỏi độ chính xác vài Hz, thường là với hợp chất thích hợp làm tiêu chuẩn để xác định tần số tương đối. Sự khác biệt giữa tần số cộng hưởng của hợp chất chuẩn và tần số cộng hưởng của một proton được gọi là sự dịch chuyển hóa học.5. Thông tin về phổ NMR Số lượng tín hiệu: có bao nhiêu loại proton khác nhau trong phân tử Vị trí của tín hiệu: môi trường điện tử của mỗi proton, sự dịch chuyển hóa học Cường độ của tín hiệu: số lượng hoặc số lượng của mỗi protonSplit: bao nhiêu Các proton khác nhau có mặt Sự dịch chuyển hóa học của các loại hợp chất hữu cơ phổ biến ② Hiệu ứng cảm ứng② Hiệu ứng liên hợp Hiệu ứng liên hợp yếu hoặc được tăng cường bằng cách che chắn proton do sự dịch chuyển của các điện tử π π Hiệu ứng dị hướng Rất khó giải thích sự dịch chuyển hóa học của H đối với các điện tử và rất khó để giải thích độ âm điện④ Hiệu ứng phím H H, RNH2 trong 0,5-5, ArOH trong 4-7, phạm vi thay đổi, tác động của nhiều yếu tố; liên kết hydro với nhiệt độ, dung môi, nồng độ thay đổi đáng kể, bạn có thể hiểu cấu trúc và những thay đổi liên quan đến liên kết hydro.⑤ hiệu ứng dung môiBenzene tạo thành phức chất với DMF. Đám mây điện tử của vòng benzen thu hút mặt tích cực của DMF, loại bỏ mặt âm. α methyl nằm trong vùng che chắn, cộng hưởng di chuyển đến trường cao; và β methyl nằm trong vùng mặt nạ, sự hấp thụ cộng hưởng di chuyển đến trường thấp và kết quả là hai vị trí đỉnh hấp thụ được hoán đổi cho nhau.
Nguồn: Meeyou cacbua