核磁共振氢谱解析方法培训课件
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核磁共振氢谱PPT课件
•
m=I, I-1, I-2, ……-I
• 每种取向各对应一定能量状态
• I=1/2的氢核只有两种取向
• I=1的核在B0中有三种取向
.
10
z
z
z
m =+1
m =
B0
m = +1/2
m =
m =
m =
m = 1/2
m = 1
m = 1 m = 2
I = 1/2
I=1
I=2
I=1/2的氢核 与外磁场平行，能量较低，m=+1/2, E 1/2= －B0
与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2, .
E -1/2=1B1 0
• 核磁矩与外磁场相互作用而产生的核磁场作用能 E, 即各能级的能量为 E=－ZB0
E 1/2= －B0 E-1/2= B0
.
12
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 由式 E = －ZB0及图可知1H核在磁场 中,由低能 级E1向高能级E2跃迁,所需能量为 △E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
代入上式得: h I(I1) 2
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原 子核才有自旋角动量和自旋现象
.
9
二、核自旋能级和核磁共振
(一)核自旋能级
• 把自旋核放在场强为B0的磁场中,由于磁矩 与磁 场相互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共 有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示
.
6
• 自旋角动量
– 一些原子核有自旋现象，因而具有自旋角动 量。由于核是带电粒子，故在自旋同时将产 生磁矩。核磁矩与角动量都是矢量，磁矩的 方向可用右手定则确定。
核磁共振氢谱解析ppt课件
第三章 核磁共振氢谱
1. 核磁共振的基本原理 2. 核磁共振仪与实验方法 3. 氢的化学位移 4. 各类质子的化学位移 5. 自旋偶合和自旋裂分 6. 自旋系统及图谱分类 7. 核磁共振氢谱的解析
前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和 生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中 分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中 应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的 三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超 分子集体、有机化学的各个领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
• 驰豫时间与谱线宽度的关系 ：即谱线宽度与驰豫 时间成反比。
• 饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号 消失的现象。
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--，800
MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR) 脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)
频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率 磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度 实际上多用后者。 各种核的共振条件不同，如：在1.4092特斯拉的磁场,各 种核的共振频率为：
1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
1. 核磁共振的基本原理 2. 核磁共振仪与实验方法 3. 氢的化学位移 4. 各类质子的化学位移 5. 自旋偶合和自旋裂分 6. 自旋系统及图谱分类 7. 核磁共振氢谱的解析
前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和 生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中 分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中 应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的 三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超 分子集体、有机化学的各个领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
• 驰豫时间与谱线宽度的关系 ：即谱线宽度与驰豫 时间成反比。
• 饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号 消失的现象。
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--，800
MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR) 脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)
频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率 磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度 实际上多用后者。 各种核的共振条件不同，如：在1.4092特斯拉的磁场,各 种核的共振频率为：
1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
核磁氢谱解析ppt课件
如果有氢与氢的重合现象，特别是在做二维谱时想看 到相关氢的信号，此时可以加少量的氘代苯或氘代乙腈， 它们会对样品分子的不同部位产生不同的屏蔽作用，可以 使原来相互重叠的峰分开。
6）空间因素 比如受空间上某些大基团的影响,或者羰
基,苯环等对该位置的氢有屏蔽或去屏蔽的影 响,范德华力的影响等。
7）氢键的影响
三键,双键,苯环由于磁各项异性都会产生屏蔽区和去屏蔽区,所以 这些也是影响化学位移的重要因素，经常借此因素来区分异构体。单 键也有磁各向异性,所以C3CH>C2CH2>CCH3
4) 共轭作用和诱导作用(对不饱和烷烃影响) 对不饱和烷烃共轭作用和诱导作用要综合考虑。
共轭作用有p-π共轭给电子,π-π共轭吸电子；诱导效 应主要是吸电子效应。
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
际并不然.炔氢相对于烯氢是处于较高场,是因为炔氢处于叁键轴外,当 叁键与外磁场平行时, π电子环电流绕轴运动产生的感应磁场与外加磁 场相反,对质子起强烈的屏蔽作用,这是炔烃的一个很重要的特点.
芳环氢相对烯氢处于较低场，这样的现象是因为芳环π电子也有 环电流的纯在,产生与外磁场方向相同的磁场,对芳环氢有去屏蔽作用. 烯烃也有磁各向异性,但苯环的磁各向异性较强.
单键,三键,双键,苯环由于磁各向异性都会产生屏蔽区和去 屏蔽区,所以这些也是影响饱和烷烃化学位移的因素.(后面 会介绍,详细请看仪器分析化学课本)请结合以上说明通过 下面的列表来查看不同取代基对饱和烷烃的影响。
2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位：活泼氢的谱图：通常表现为宽峰，有时候也会有 偶合裂分，并受温度的影响化学位移有明显变化。
6）空间因素 比如受空间上某些大基团的影响,或者羰
基,苯环等对该位置的氢有屏蔽或去屏蔽的影 响,范德华力的影响等。
7）氢键的影响
三键,双键,苯环由于磁各项异性都会产生屏蔽区和去屏蔽区,所以 这些也是影响化学位移的重要因素，经常借此因素来区分异构体。单 键也有磁各向异性,所以C3CH>C2CH2>CCH3
4) 共轭作用和诱导作用(对不饱和烷烃影响) 对不饱和烷烃共轭作用和诱导作用要综合考虑。
共轭作用有p-π共轭给电子,π-π共轭吸电子；诱导效 应主要是吸电子效应。
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
际并不然.炔氢相对于烯氢是处于较高场,是因为炔氢处于叁键轴外,当 叁键与外磁场平行时, π电子环电流绕轴运动产生的感应磁场与外加磁 场相反,对质子起强烈的屏蔽作用,这是炔烃的一个很重要的特点.
芳环氢相对烯氢处于较低场，这样的现象是因为芳环π电子也有 环电流的纯在,产生与外磁场方向相同的磁场,对芳环氢有去屏蔽作用. 烯烃也有磁各向异性,但苯环的磁各向异性较强.
单键,三键,双键,苯环由于磁各向异性都会产生屏蔽区和去 屏蔽区,所以这些也是影响饱和烷烃化学位移的因素.(后面 会介绍,详细请看仪器分析化学课本)请结合以上说明通过 下面的列表来查看不同取代基对饱和烷烃的影响。
2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位：活泼氢的谱图：通常表现为宽峰，有时候也会有 偶合裂分，并受温度的影响化学位移有明显变化。
《核磁共振氢谱》课件
芳烃的氢谱解析
芳烃的氢谱特征
芳烃的氢谱峰形较复杂，有多个峰，且峰与峰之间的距离较近。
芳烃的氢谱解析要点
根据峰的数量和位置，确定芳烃的类型和碳原子数；根据峰的强度 和形状，确定氢原子的类型和数量。
实例分析
以苯为例，其氢谱有多个峰，分别对应于不同位置上的氢原子。
PART 04
氢谱解析中的常见问题与 解决策略
偶合常数
当两个氢原子之间的距离足够近时， 它们的核磁共振信号会发生偶合，导 致峰分裂成双重峰。偶合常数是衡量 两个氢原子之间距离的指标。
氢谱解析的一般步骤
确定峰的位置和强度
根据核磁共振氢谱中的峰位置和强度，可以推断出分子中氢原子 的类型和数量。
确定氢原子的连接关系
通过分析峰的偶合常数，可以确定氢原子之间的连接关系，从而确 定分子的结构。
峰的简化问题
总结词
峰的简化问题是指某些情况下氢谱峰的数量过多，使得解析变得复杂。
详细描述
在某些情况下，由于分子结构中存在多个等效氢原子，会产生大量的重叠峰。这增加了氢谱解析的难 度。解决策略包括利用分子对称性来简化氢谱，以及利用去偶技术来消除某些峰的干扰，从而使得氢 谱更加简洁明了。
解析中的不确定性问题
多核共振技术
总结词
多核共振技术能够同时研究多个原子核的相 互作用和动态行为，有助于更全面地了解分 子结构和化学反应过程。
详细描述
多核共振技术是一种新兴的技术，它通过同 时研究多个原子核的相互作用和动态行为， 能够提供更全面、更深入的分子结构和化学 反应过程信息。这一技术的应用，将有助于 推动化学、生物学、物理学等领域的发展， 为解决复杂体系的研究提供新的手段。
2023-2026
ONE
核磁共振氢谱PPT课件
TMS
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0
图１：乙基苯(10% CCpplt精4 选溶版液)于100兆赫的NMR
25
2. 化学位移的表示
由于化学位移的差别范围很小(10×10-6), 所以精确测出绝对数 值比较困难。现均以相对数表示：即以被测质子共振时的磁场 强度B0样与某一标准物质的质子共振时的磁场强度B0标之差和标 准物质共振时磁场强度B0标的比值δ来表示:
ppt精选版
24
例如: 图1给出了乙基苯在100MHz时的高分辨率核
磁共振图谱. 在乙基苯的分子中, -CH3 上的三个质子, -CH2- 上的两个质子， C6H5－上的五个质子.它们在 不同的磁场强度下产生共振吸收峰, 也就是说,它们
有着不同的化学位移.
C6H5－
3H 2H
－CH3
5H
－CH2－
21
高场
低频
0
ppm
ppt精选版
28
位移的标准
四甲基硅烷 Si(CH3)4 （TMS）
规定：TMS=0
为什么用TMS作为基准?
（1 ） 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个吸收峰；
（2）屏蔽强烈，位移最大（0）。与一般有机化合物中的质子峰 不重叠；
（3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。
H+
H+
H+
自旋
H+
β
能量较高 ΔE
H+
H+
H+
α 自旋
H+
能量较低
没有磁场
有磁场B0
质子在没有磁场和有磁场情况下的磁矩方向 ppt精选版
B0
《核磁共振氢谱解析》PPT课件
在解析糖类的氢谱时，需要注意 区分不同糖环类型的影响，以便 准确推断出糖类分子的结构特征 。
由于糖类分子结构的复杂性，其 氢谱信号可能会出现重叠现象， 需要仔细解析以获得准确的结论 。
05
氢谱解析的挑战与展望
复杂样品与混合物的解析
挑战
复杂样品和混合物中的多种成分可能 导致谱线重叠和干扰，增加了氢谱解 析的难度。
峰面积
表示某一峰的强度或高 度，通常与产生该峰的
质子数成正比。
积分线
对谱线进行积分，得到 积分线，可以用于定量
分析。
校正因子
由于不同化学环境对质 子自旋耦合的影响，需 要引入校正因子来准确
计算质子数。
03
氢谱解析实践
简单分子的氢谱解析
总结词
掌握基础解析方法
01
总结词
熟悉常见峰型
03
总结词
注意杂质的干扰
解决方案
采用先进的谱图解析技术和化学位移 差异法，结合分子结构和物理状态信 息，对重叠的谱线进行分离和鉴别。
高磁场下的氢谱解析
挑战
高磁场条件下，氢谱的分辨率和灵敏度得到提高，但同时也带来了谱线复杂化 和解析难度增加的问题。
解决方案
利用高磁场下的多量子跃迁和异核耦合等效应，结合计算机模拟和量子化学计 算，对高磁场下的氢谱进行解析。
氢谱解析技巧与注意事项
总结词
重视峰的归属与确认
总结词
在复杂氢谱中，应注意分辨和区分重 叠的峰，运用适当的技巧和方法进行 解析。
详细描述
在解析氢谱时，应重视每个峰的归属 与确认，确保解析结果的准确性。
详细描述
注意峰的重叠与分辨
04
氢谱解析案例分析
案例一：醇类的氢谱解析
第三讲-核磁共振氢谱_PPT幻灯片
16
1、诱导效应（取代基电负性） 由于电负性，取代基电负性越强，与取代基
连结于同一碳原子上的氢的共振峰越移向低场， 反之亦然。
17
2、相连碳原子的s-p杂化(hybridization) 与氢相连的碳原子s成分增加，键电子更
靠近碳原子，因而对相连氢原子有去屏蔽作用， 即共振位置移向低场。
单从这一点考虑的话，化学位移顺序： sp3 < sp2 < sp
11
Cotton原子轨道能级图
原 子 顺 磁 性 的 判 断
12ห้องสมุดไป่ตู้
2、化学位移(Chemical shift) d
核所处的化学环境不同，则s不同，出峰 位置也不同。因s总是远远小于1，所以峰的 位置不易精确测定。故在实验中采用某一标准 物质为基准，一般以基准物的峰为核磁图的原点。 不同官能团的原子核谱峰位置相对于原点的距离， 反映了它们所处的化学环境，称为化学位移。
（3）TMS的沸点仅为27 oC，很易于从除去， 便于样品回收。
（4）TMS与样品之间不会发生分子缔合。
一般，在氢谱或碳谱中都规定dTMS = 0。
15
§3.3 影响化学位移的因素
一、影响化学位移的因素 基本原则：若结构上的变化或介质的影响
使氢核外电子云密度降低，将使谱峰的位置移 向低场(谱图的左方)，这称作去屏蔽(deshielding) 作用；反之，屏蔽作用则使峰的位置移向高场。
产生电场，这将影响分子内其余部分的电子云 密度，从而影响其它核的屏蔽常数。
b、当所研究的氢核和邻近的原子间距小于 范德华半径之和时，氢核外电子被排斥，共振 移向低场。
26
27
（6）浓度、温度、溶剂对d值的影响
a、浓度：活泼氢(OH、NH、SH)，由于 分子间氢键的存在，浓度增大，缔合程度增大，
1、诱导效应（取代基电负性） 由于电负性，取代基电负性越强，与取代基
连结于同一碳原子上的氢的共振峰越移向低场， 反之亦然。
17
2、相连碳原子的s-p杂化(hybridization) 与氢相连的碳原子s成分增加，键电子更
靠近碳原子，因而对相连氢原子有去屏蔽作用， 即共振位置移向低场。
单从这一点考虑的话，化学位移顺序： sp3 < sp2 < sp
11
Cotton原子轨道能级图
原 子 顺 磁 性 的 判 断
12ห้องสมุดไป่ตู้
2、化学位移(Chemical shift) d
核所处的化学环境不同，则s不同，出峰 位置也不同。因s总是远远小于1，所以峰的 位置不易精确测定。故在实验中采用某一标准 物质为基准，一般以基准物的峰为核磁图的原点。 不同官能团的原子核谱峰位置相对于原点的距离， 反映了它们所处的化学环境，称为化学位移。
（3）TMS的沸点仅为27 oC，很易于从除去， 便于样品回收。
（4）TMS与样品之间不会发生分子缔合。
一般，在氢谱或碳谱中都规定dTMS = 0。
15
§3.3 影响化学位移的因素
一、影响化学位移的因素 基本原则：若结构上的变化或介质的影响
使氢核外电子云密度降低，将使谱峰的位置移 向低场(谱图的左方)，这称作去屏蔽(deshielding) 作用；反之，屏蔽作用则使峰的位置移向高场。
产生电场，这将影响分子内其余部分的电子云 密度，从而影响其它核的屏蔽常数。
b、当所研究的氢核和邻近的原子间距小于 范德华半径之和时，氢核外电子被排斥，共振 移向低场。
26
27
（6）浓度、温度、溶剂对d值的影响
a、浓度：活泼氢(OH、NH、SH)，由于 分子间氢键的存在，浓度增大，缔合程度增大，
谱图分析课件第2章核磁共振氢谱
表示不同氢原子核之间的相互作用， 通过测量偶合常数可以了解分子内部 的结构和相互位置关系。
峰的裂分与自旋系统
峰的裂分
由于相邻氢原子核的相互作用，一个峰可能会分裂成多个小峰。根据裂分的程 度和规律，可以推断出分子内部的氢原子排列方式和相互位置关系。
自旋系统
表示一组相互作用的氢原子核，根据自旋系统的类型，可以判断分子内部的结 构和对称性。
05
氢谱的局限性与发展趋势
氢谱的局限性
分辨率较低
由于氢原子在分子中的分布较为 广泛，导致氢谱的分辨率较低， 难以区分相近的化学环境。
受样品限制
氢谱分析需要使用液体样品，对 于固体样品和不易溶解的物质， 氢谱分析存在局限性。
对仪器要求高
氢谱分析需要高精度和高灵敏度 的核磁共振谱仪，仪器成本较高， 普及程度有限。
氢谱的表示方法
氢谱通常以频率或波数表示，横 坐标为化学位移，纵坐标为信号
强度。
化学位移表示氢原子核所处的化 学环境，即周围的官能团类型， 通过化学位移可以推断出氢原子
所属的化合物类型。
信号强度表示该化学环境下氢原 子核的数量，信号强度越大，表
示该类型的氢原子数量越多。
02
氢谱的组成与特征
峰的位置与化学位移
注意事项
确保实验过程中样品温度和磁场稳定性，避免外界干扰，及时记录异常情况。
数据处理与分析方法
数据处理
对采集的原始数据进行预处理，如基线校正、相位调整等，以提 高谱图质量。
峰识别与标注
根据峰的位置、强度和形状，识别和标注不同氢原子类型。
数据解析与推断
结合化学位移、耦合常数等信息，解析氢原子所处的化学环境， 推断分子结构。
人工智能技术在数据处理和分析方面具有 优势，与核磁共振技术结合有望提高氢谱 分析的效率和准确性。
峰的裂分与自旋系统
峰的裂分
由于相邻氢原子核的相互作用，一个峰可能会分裂成多个小峰。根据裂分的程 度和规律，可以推断出分子内部的氢原子排列方式和相互位置关系。
自旋系统
表示一组相互作用的氢原子核，根据自旋系统的类型，可以判断分子内部的结 构和对称性。
05
氢谱的局限性与发展趋势
氢谱的局限性
分辨率较低
由于氢原子在分子中的分布较为 广泛，导致氢谱的分辨率较低， 难以区分相近的化学环境。
受样品限制
氢谱分析需要使用液体样品，对 于固体样品和不易溶解的物质， 氢谱分析存在局限性。
对仪器要求高
氢谱分析需要高精度和高灵敏度 的核磁共振谱仪，仪器成本较高， 普及程度有限。
氢谱的表示方法
氢谱通常以频率或波数表示，横 坐标为化学位移，纵坐标为信号
强度。
化学位移表示氢原子核所处的化 学环境，即周围的官能团类型， 通过化学位移可以推断出氢原子
所属的化合物类型。
信号强度表示该化学环境下氢原 子核的数量，信号强度越大，表
示该类型的氢原子数量越多。
02
氢谱的组成与特征
峰的位置与化学位移
注意事项
确保实验过程中样品温度和磁场稳定性，避免外界干扰，及时记录异常情况。
数据处理与分析方法
数据处理
对采集的原始数据进行预处理，如基线校正、相位调整等，以提 高谱图质量。
峰识别与标注
根据峰的位置、强度和形状，识别和标注不同氢原子类型。
数据解析与推断
结合化学位移、耦合常数等信息，解析氢原子所处的化学环境， 推断分子结构。
人工智能技术在数据处理和分析方面具有 优势，与核磁共振技术结合有望提高氢谱 分析的效率和准确性。
分析化学课件-核磁共振氢谱的解析
d峰为 0.6 1H 0.6
二、核磁共振氢谱的解析方法
（一）解析顺序 1．首先检查内标物的峰位是否准确，底线是否平坦，
溶剂中残存的 1H 信号是否出现在预定的位置。 2．根据已知分子式，算出不饱和度U。 3．根据氢谱的积分曲线计算出各个信号对应的 H
数即氢分布。
4．先解析孤立甲基峰，例如，CH3－O－ 、CH3－N －及CH3－Ar等均为单峰。
(b)
图14-9 C9H9Br02 1H-NMR谱
(a) (b)
解析：（1）计算不饱和度
U 2 2 9 10 5 2
（2）推测结构式
由紫外光谱得知有 B 带和 R 带，说明 2个结 构式中均含有苯环和羰基。又由红外光谱得知化合物 (a)在指纹区位于840cm-1处有一吸收带，可以推测可 能为对取代苯；化合物(b)在指纹区800cm-1，890cm-1 左右有两个吸收峰，可能为间取代苯。
2．氢分布
a: 6H(1.8cm) b: 1H(0.3cm) c: 2H(0.6cm) d: 2H(0.6cm) e: 2H(0.6cm)
可能有苯环
3. 推断
a: 二重峰（6个H） 可能为
CH3 CH
CH3
b: 七重峰（1个H）
CH3 CH
CH3
可能为
c: (2H) 单峰
C9H13N C6H4 --) C3H7
3.51 单峰
2
3.60 单峰
3
7.20 单峰
5
可能结构式为：
可能基团 CH2 CH3
相邻基团
O CH2 C
O CH3
O CH2 C O CH3
(1) O
CH2 O C CH3
(2)
O O CH2 C CH3
二、核磁共振氢谱的解析方法
（一）解析顺序 1．首先检查内标物的峰位是否准确，底线是否平坦，
溶剂中残存的 1H 信号是否出现在预定的位置。 2．根据已知分子式，算出不饱和度U。 3．根据氢谱的积分曲线计算出各个信号对应的 H
数即氢分布。
4．先解析孤立甲基峰，例如，CH3－O－ 、CH3－N －及CH3－Ar等均为单峰。
(b)
图14-9 C9H9Br02 1H-NMR谱
(a) (b)
解析：（1）计算不饱和度
U 2 2 9 10 5 2
（2）推测结构式
由紫外光谱得知有 B 带和 R 带，说明 2个结 构式中均含有苯环和羰基。又由红外光谱得知化合物 (a)在指纹区位于840cm-1处有一吸收带，可以推测可 能为对取代苯；化合物(b)在指纹区800cm-1，890cm-1 左右有两个吸收峰，可能为间取代苯。
2．氢分布
a: 6H(1.8cm) b: 1H(0.3cm) c: 2H(0.6cm) d: 2H(0.6cm) e: 2H(0.6cm)
可能有苯环
3. 推断
a: 二重峰（6个H） 可能为
CH3 CH
CH3
b: 七重峰（1个H）
CH3 CH
CH3
可能为
c: (2H) 单峰
C9H13N C6H4 --) C3H7
3.51 单峰
2
3.60 单峰
3
7.20 单峰
5
可能结构式为：
可能基团 CH2 CH3
相邻基团
O CH2 C
O CH3
O CH2 C O CH3
(1) O
CH2 O C CH3
(2)
O O CH2 C CH3
核磁共振氢谱图课件
号的灵敏度。
由于超导材料的零电阻特性，超 导核磁共振技术具有高稳定性、 高信噪比和高质量的实验数据。
超导核磁共振技术主要应用于高 分辨率的核磁共振实验，如蛋白
质结构解析等。
代谢组学中的核磁共振应用
代谢组学是一种研究生物体内代谢过程的学科。
核磁共振技术在代谢组学中具有广泛的应用，包括代谢产物的检测、代谢过程的解析等。
峰的位置
峰的移动
峰的强度与对称性
峰的强度
峰的强度反映了产生共振的氢原子的数量。一般来说，峰的强度越高，产生共振 的氢原子数量越多。通过对峰强度的分析，可以获得关于分子中氢原子分布的信 息。
峰的对称性
峰的对称性反映了氢原子在分子中的构型或构象。某些分子可能具有多个构型或 构象，这些构型或构象可以通过氢谱的峰对称性来区分。通过对峰对称性的分析， 可以获得关于分子构型或构象的信息。
核磁共振技术能够提供代谢产物的分子结构和含量信息，有助于深入了解代谢过程的变化和 疾病的发生机制。
CHAPTER
氢谱图实验操作与注意事项
实验操作流程与规范
实验准备 数据处理与分析
数据采集
样品处理 仪器调整
数据处理与分析方法
01
数据导入
02
基线校正
03
峰识别与标注
04
定量分析
实验误差与注意事项
氢谱图的发展与新技术
三维核磁共振技术
三维核磁共振技术是一种利用核磁共振现象对样品进行多维度分析的实验技术。 它能够提供分子的更多细节信息，包括分子的空间构型、相互作用等。
三维核磁共振技术广泛应用于结构生物学、化学、医学等领域。
超导核磁共振技术
超导核磁共振技术利用超导材料 作为射频线圈，提高核磁共振信
由于超导材料的零电阻特性，超 导核磁共振技术具有高稳定性、 高信噪比和高质量的实验数据。
超导核磁共振技术主要应用于高 分辨率的核磁共振实验，如蛋白
质结构解析等。
代谢组学中的核磁共振应用
代谢组学是一种研究生物体内代谢过程的学科。
核磁共振技术在代谢组学中具有广泛的应用，包括代谢产物的检测、代谢过程的解析等。
峰的位置
峰的移动
峰的强度与对称性
峰的强度
峰的强度反映了产生共振的氢原子的数量。一般来说，峰的强度越高，产生共振 的氢原子数量越多。通过对峰强度的分析，可以获得关于分子中氢原子分布的信 息。
峰的对称性
峰的对称性反映了氢原子在分子中的构型或构象。某些分子可能具有多个构型或 构象，这些构型或构象可以通过氢谱的峰对称性来区分。通过对峰对称性的分析， 可以获得关于分子构型或构象的信息。
核磁共振技术能够提供代谢产物的分子结构和含量信息，有助于深入了解代谢过程的变化和 疾病的发生机制。
CHAPTER
氢谱图实验操作与注意事项
实验操作流程与规范
实验准备 数据处理与分析
数据采集
样品处理 仪器调整
数据处理与分析方法
01
数据导入
02
基线校正
03
峰识别与标注
04
定量分析
实验误差与注意事项
氢谱图的发展与新技术
三维核磁共振技术
三维核磁共振技术是一种利用核磁共振现象对样品进行多维度分析的实验技术。 它能够提供分子的更多细节信息，包括分子的空间构型、相互作用等。
三维核磁共振技术广泛应用于结构生物学、化学、医学等领域。
超导核磁共振技术
超导核磁共振技术利用超导材料 作为射频线圈，提高核磁共振信
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原子核的进动
在磁场中，原子核的自旋取向有2I+1个。各个取向由一个自旋量子 数m表示。
磁旋比：1H=26753， 2H=410 7，13C= 6726弧度/秒 高斯
Nห้องสมุดไป่ตู้
H0
2
H0
自旋角1速/25/2度021 ω，外磁场H0，进核磁动共振频氢谱率解析ν方法
15
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
3
NMR谱的结构信息
化学位移 偶合常数 积分高度
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
4
1. 核磁共振的基本原理
• 原子核的磁矩 • 自旋核在磁场中的取向和能级 • 核的回旋和核磁共振 • 核的自旋弛豫
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
5
原子核的自旋、磁矩
+1个取向。
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
8
I = n / 2 n = 0 , 1 , 2 , 3 ---（取整数）
一些原子核有自旋现象，因而具有角动量，原子核是带电的粒
子，在自旋的同时将产生磁矩，磁矩和角动量都是矢量，方向是 平行的。
哪些原子核有自旋现象？ 实践证明自旋量子数I与原子核的质量 数A和原子序数Z:
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
1
NMR发展
近二十多年发展 高强超导磁场的NMR仪器，大大提高灵敏度和分辨率； 脉冲傅立叶变换NMR谱仪，使灵敏度小的原子核能被测定； 计算机技术的应用和多脉冲激发方法采用，产生二维谱，对判断 化合物的空间结构起重大作用。
• 英国R.R.Ernst教授因对二维谱的贡献而获得1991年的Nobel奖。
前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和 生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中 分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中 应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的 三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超 分子集体、有机化学的各个领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
I
H0
2NH0
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
13
核的回旋和核磁共振
当一个原子核的核磁矩处于磁场BO中，由于核自身的旋 转，而外磁场又力求它取向于磁场方向，在这两种力的 作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋， 这种运动称为Larmor进动。
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
14
• 瑞士科学家库尔特·维特里希因“发明了利用核磁共振技术测定溶 液中生物大分子三维结构的方法”而获得2002年诺贝尔化学奖。
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
2
•1H-NMR o how many types of hydrogen ? o how many of each type ? o what types of hydrogen ? o how are they connected ?
A
Z
I
自旋形状 NMR信号 原子核
偶数 偶数
0
32S, 28Si, 30Si
无自旋现象 无
12C,16O,
奇数 奇数或偶数 1/ 2
自旋球体
有
1H, 13C,
15N, 19F, 31P
奇数 奇数或偶数 3/2, 5/2,--- 自旋惰球体 有 11B,17O,33S,35Cl,79Br,127I
偶数 奇数 14N
1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
射频 40 MHZ
60 100 200 300
磁场强度
0.9400 特斯拉
1.4092 2.3500 4.7000 7.1000
500
11.7500
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1, 2, 3, --- 自旋惰球体 有
2H, 10B,
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核磁共振氢谱解析方法
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核磁共振氢谱解析方法
10
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
11
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
12
能级分裂
两种取向代表两个能级，m=-1/2能级高于m=1/2能级。
EN
射频频率与磁场强度Bo是成正比的，在进行核磁共振
实验时，所用的磁强强度越高，发生核磁共振所需的 射频频率也越高。
1/25/2021
核磁共振氢谱解析方法
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： 要满足核磁共振条件，可通过二种方法来实现
频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率 磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度 实际上多用后者。 各种核的共振条件不同，如：在1.4092特斯拉的磁场,各 种核的共振频率为：
• 质量数与电荷数均为双数，如C12，O16，没有 自旋现象。I=0
• 质量数为单数，如H1，C13，N15，F19，P31。I 为半整数，1/2，3/2，5/2……
• 质量数为双数，但电荷数为单数，如H2，N14， I为整数，1，2……
• I为自旋量子数
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核磁共振氢谱解析方法
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自旋角动量（PN），自旋量子数（I） I=0，1/2，1，3/2……
核磁共振氢谱解析方法
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Boltzmann分布
• 在质子群中处于高低能态的核各有多少？
• 在绝对温度0度时，全部核处于低能态 • 在无磁场时，二种自旋取向的几率几乎相等 • 在磁场作用下，原子核自旋取向倾向取低能态，但室温时热能比
16
共振条件
原子核在磁场中发生能级分裂，在磁场的垂直方向上加小交变电场，
如频率为v射，当v射等于进动频率ν，发生共振。低能态原子核吸收
交变电场的能量，跃迁到高能态，称核磁共振。
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核磁共振氢谱解析方法
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核磁共振的条件:
ΔE = h v迴= h v射= h BO /2π 或 v射= v迴= BO /2π
磁矩（μN*），核磁矩单位（βN），核磁子；磁旋比（γN）
N gN I(I1)N
N
N
P
N
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核磁共振氢谱解析方法
7
自旋核在磁场中的取向和能级
具有磁矩的核在外磁场中的自旋取向是量子化的， 可用磁量子数m来表示核自旋不同的空间取向，
其数值可取：m =I,I-1,I-2, ……,-I ，共有2I