핵 자기 공명의 개발과 원리

첫째, 간략한 역사의 발전첫 번째 단계: 1945년부터 1951년까지, 핵자기공명의 발명과 그 기간의 이론적, 실험적 기초를 놓았다: Bloch(Stanford University, 물 양성자 신호에서 관찰) 및 Purcell(Harvard University, 파라핀 양성자 신호에서 관찰됨) 노벨상을 받았습니다. 두 번째 단계: 1951년에서 1960년까지 개발 기간 동안 화학자와 생물학자들이 그 역할을 인정하여 많은 중요한 문제를 해결했습니다. 1953년에는 최초의 30MHz 핵 자기 공명 분광계가 등장했습니다. 1958년과 60MHz, 100MHz 기기의 등장 초기. 1950년대 중반에는 1H-NMR, 19F-NMR, 31P-NMR이 개발되었다. 3단계: 60~70년, NMR 기술의 비약. 감도와 분해능을 향상시키는 펄스 푸리에 변환 기술은 일상적으로 13C 핵을 측정할 수 있습니다. 이중 주파수 및 다중 주파수 공명 기술, 네 번째 단계: 1970년대 후반 이론 및 기술 개발 성숙.1,200, 300, 500 MHz 및 600 MHz 초전도 NMR 분광기, 2, 다양한 펄스 계열의 응용, 응용 분야에서 중요 개발, 3, 2D-NMR 등장, 4, 멀티 코어 연구, 모든 자기 코어에 적용 가능, 5 "핵자기 공명 영상 기술" 및 기타 새로운 분야가 있습니다. 두 번째, 주요 목적:1. 결정 및 구조의 확인, 때로는 구성, 형태2를 결정할 수 있습니다. 화합물 순도 검사, 신나의 감도, 종이 크로마토그래피 high3. 주 신호와 같은 혼합물 분석은 겹치지 않고 분리 없이 혼합물의 비율을 결정할 수 있습니다.4. 양성자 교환, 단일 결합의 회전, 고리의 변형 및 추정 속도의 기타 화학적 변화1. 핵의 회전 모든 원소의 동위 원소 중 핵의 약 절반이 회전 운동을합니다. 이 스핀 핵은 핵 자기 공명의 대상입니다. 스핀 양자(Spin Quantum): 핵의 스핀 운동을 설명하는 양자 수의 수로, 정수, 반 정수 또는 0이 될 수 있습니다. 유기 화합물 구성 요소에서 C, H, O, N이 가장 중요한 요소입니다. 동위 원소에서 12C, 16O는 비자성이므로 핵 자기 공명을 겪지 않습니다. 1H 자연 풍부는 크고 강한 자성으로 결정하기 쉬우므로 NMR 연구는 주로 양성자에 대한 것이었습니다. 13C의 존재도는 12C 1.1%에 불과하고 신호 감도는 1/64를 얻기 위한 양성자에 불과합니다. 따라서 총 감도는 1H의 1/6000에 불과하므로 결정하기가 더 어렵습니다. 그러나 지난 30 년 동안 핵 자기 공명 장치는 크게 향상되었으며 단시간에 13C 스펙트럼을 측정 할 수 있으며 더 많은 정보를 제공하여 NMR의 주요 수단이되었습니다. 1H, 19F, 31P 자연 풍부, 크고 강한 자성, 구형의 핵 전하 분포, 가장 결정하기 쉽습니다.2. 핵자기 공명 현상① 세차: 특정 자기 모멘트로 회전 외부 자기장 H0의 작용에 따라 이 코어는 운동학적 운동에 대한 각도를 형성합니다. 세차 운동 속도는 H0(외부 자기장 강도)에 비례합니다.② 외부 자기장 방향의 스핀 핵: 외부 자기장이 없으면 스핀 자기 방향이 무질서합니다. 자기 코어는 (2I + 1) 방향으로 외부 자기장 H0에 있습니다. 외부 자기장에서 자기 코어의 스핀은 중력장에서 자이로스코프의 세차 운동(내전, 스윙)과 유사할 수 있습니다. ③ 핵 자기 공명의 조건 자기 공명 자기장에는 외부 자기장인 자기 핵이 있어야 합니다. 및 RF 자기장. RF 자기장의 주파수는 스핀핵의 세차주파수와 같으며, 낮은 에너지 상태에서 높은 에너지 상태로 공명이 발생한다. ④ 핵자기 공명 현상: 외부 자기장 H0의 수직 방향으로, 회전 자기장 H1이 세차 핵에 적용됩니다. H1의 회전 주파수가 핵의 회전 세차 주파수와 같으면 세차 핵은 H1에서 에너지를 흡수하고 낮은 에너지 상태에서 높은 에너지 상태로 전환할 수 있습니다. 핵 자기 공명.3. 포화 및 이완저에너지 원자력은 고에너지 원자력보다 0.001%만 높습니다. 따라서 저에너지 상태의 핵은 항상 고에너지 핵보다 더 많기 때문에 이러한 약간의 잉여가 전자기파의 흡수를 관찰할 수 있습니다. 전자파의 핵 연속 흡수, 원래의 저에너지 상태가 점차 감소하고 흡수 신호의 강도가 약해지고 궁극적으로 완전히 사라지는 현상을 포화라고합니다. 포화가 발생하면 두 스핀 상태의 코어 수가 정확히 동일합니다. 외부 자기장에서 저에너지 핵은 일반적으로 고에너지 상태보다 더 핵이 많고, 전자파 에너지를 흡수하고 코어의 고에너지 상태로 이동하여 다양한 에너지 메커니즘에 의해 방출되며, 원래의 낮은 에너지 상태로 돌아가며 이 과정을 이완이라고 합니다.4. 차폐 효과 - 화학적 이동① 이상적인 공명 상태 격리된 노출된 핵의 경우 ΔE = (h / 2π) γ · H;특정 H0에서 핵은 단 하나의 ΔEΔE = E 외부 = hν만 흡수의 유일한 주파수 ν예: H0 = 2.3500 T, 1H 흡수 주파수 100 MHz, 13C 흡수 주파수 25.2 MHz② 실제 코어: 차폐 현상 전자 외부의 핵(분리되지 않음, 노출되지 않음) 화합물에서: 화학 결합, 수소 결합 등 원자간 결합(역할)이 다릅니다. , 정전기 상호 작용, 분자간 힘을 상상해보십시오 : H0 = 2.3500 T에서 방패의 외부 전자로 인해 핵 위치에서 실제 자기장은 2.3500 T보다 약간 작습니다. 공진 주파수는 100 MHz보다 약간 높습니까? 1H는 0~10, 13C는 0~250 수소핵은 외부에 전자를 가지고 있어 자기장의 자기장선을 밀어낸다. 핵의 경우 주변 전자가 차폐(Shielding) 효과를 냅니다. 코어 주변의 전자 구름의 밀도가 클수록 차폐 효과가 커지고 자기장 강도가 증가하여 공진하게 됩니다. 핵 주변의 전자 구름 밀도는 연결된 그룹의 영향을 받으므로 다른 화학 환경의 핵은 다른 차폐 효과를 겪고 핵 자기 공명 신호도 다른 위치에서 나타납니다. ③ 기기가 60MHz 또는 100MHz 기기에서 유기 화합물 양성자의 전자기파 주파수는 약 1000Hz 또는 1700Hz입니다. 구조를 결정할 때 정확한 공진 주파수를 결정해야 하는 경우 일반적으로 상대 주파수를 결정하기 위한 표준으로 적절한 화합물을 사용하여 몇 Hz의 정확도가 필요합니다. 표준 화합물의 공명 주파수와 proton의 공명 주파수 사이의 차이를 화학적 이동이라고 합니다.5. H NMR 분광법 정보신호의 수: 분자에 얼마나 많은 다른 유형의 proton이 존재하는지 신호의 위치: 각 proton의 전자 환경, 화학적 이동 신호의 강도: 각 proton의 수 또는 수Split 상황: 얼마나 많은 다른 proton이 존재함유기 화합물의 일반적인 유형의 화학적 이동① 유도 효과② 공액 효과π 전자의 변위에 의한 proton 차폐에 의해 공액 효과가 약하거나 강화됨 이방성 효과파이 전자에 대한 H의 화학적 이동을 설명하기 어렵습니다 , 그리고 그것은 전기 음성도를 설명하기 어렵다 ④ H key effectROH, 0.5-5에서 RNH2, 4-7에서 ArOH, 변화의 범위, 많은 요인의 영향; 수소결합은 온도, 용매, 농도에 따라 크게 달라지므로 수소결합과 관련된 구조와 변화를 이해할 수 있다. ⑤ 용매효과Benzene은 DMF와 착물을 형성한다. 벤젠 고리의 전자 구름은 DMF의 양극을 끌어당기고 음극은 거부합니다. α 메틸은 차폐 영역에 있고 공명은 높은 필드로 이동합니다. β methyl은 마스킹 영역에 있고, 공명 흡수는 낮은 필드로 이동하고 결과는 두 개의 흡수 피크 위치가 서로 바뀌는 것입니다.
근원 : Meeyou 탄화물