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核磁解析:為什么氫譜是400 MHz時,碳譜是100 MHz或101 MHz?

 有機合成大菜籽 2025-11-20 發(fā)布于廣東
本篇文章源于之前群內的一個討論;看到大家對這個不是太了解,還是表示很驚訝的。
要知道作為一線有機合成工作者,我們NMR的主要測試對象就是1H,13C,15N,19F,31P這些自旋量子數(shù)為1/2的磁性原子核,如果連它們的共振頻率都記不住,那確實純純的操作工了!
這里首先貢獻一下答案:
①常規(guī)400M核磁儀器的含義是指9.39(實際9.3~9.4之間)特斯拉磁場強度下,對應1H的共振頻率為400MHz,
該條件下對應13C,15N,19F,31P的共振頻率分別對應100MHz,40.5MHz,376MHz,160MHz;
并且這個數(shù)據(jù)不是嚴格意義上的,是個大概得約數(shù),用的人多了,大致也就默認了!
涉及到的知識點較多,所以下面我們不管其他,只講一下計算公式;并以400MHz下15N的共振頻率計算為例進行一個說明;
首先,計算過程中我們首先從拉莫爾角頻率方程出發(fā);
其中是旋磁比,是磁場強度
拉莫爾角頻率描述的是原子核磁矩繞外磁場方向進動的角速度,本質上反映了原子核磁矩在單位時間內繞磁場方向轉動的角度大小,是一個描述旋轉運動的物理量;
而在實際的核磁共振實驗中,我們更關心的是射頻場的振蕩頻率,也就是單位時間內射頻場完成的周期數(shù),單位是赫茲(Hz)。這個頻率就是我們所說的核磁共振頻率 ,在一個圓周運動中,一圈對應的角度是弧度,所以頻率(單位時間內的周期數(shù))與角頻率(單位時間內轉動的弧度)之間就相差一個的系數(shù),于是角頻率與頻率之間存在的關系,因此我們得到了核磁共振的頻率方程:
在該方程中,B0是一個定值(如400MHz核磁的磁場強度為9.39特斯拉),另外對于任意一個磁性原子核,它的旋磁比γ也是固定的,
所以不同原子核的共振頻率之比等于它們的旋磁比之比;
故而,15N的共振頻率為:
注:旋磁比有負值主要與原子核的自旋磁矩和角動量的相對取向有關,在共振頻率計算中沒有實際意義;
以上。
希望對大家有所幫助!

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