核磁共振原理
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NMR可以提供多种结构信息，不破坏样品，应 用很广泛。NMR也可以作定量分析，但误差较大， 不能用于痕量分析。
一、基本原理
F．Bloch和E．M．Purcell对核磁共振的解 释采取了不完全相同的理论。
F．Bloch使用的是核磁感应的观点。 E．M．Purcell用量子光学中能量吸收的观点。 这两种观点都在广泛使用。 不同场合用不同的理论。
二、核磁共振仪
核磁共振仪基本构成如下图：
1．磁铁 用来产生一个强的外加磁场。按磁铁的种类分为永久磁铁、
增2.3大T同G。(一不1T种同G核＝的，1核0γ4γ高为不斯一同)常，时数共，；振1H磁频共场率振B也频0强不率度同为增。10大如0M，B0H共＝z振，频13C率为v也 25MHz，31P为40.5MHz。
饱和与弛豫
1H核有两种能级状态，由于两者之间能量差很小，低能 级核的总数仅占很少的多数。若外加磁场强度为14092高斯， 温度为27℃，则低能级与高能级1H核数目之比为
eE KT eγ Bh 2π KT 1.0000099
也就是说，每一百万个核中，低能级的氢核仅比高能级 多l0个 左右。对每个核来说，由低能级向高能级或由高能级 向低能级的跃迁概率是—样的，但低能级核的数目较多．因 此总的来说，产生净的吸收现象，产生NMR信号。由于两种 核的总数相差不大，若高能级的核没有其他途径回到低能级， 也就是说没有过剩的低能级核可以跃迁，就不会有净的吸收， NMR信号将消失，这个现象叫饱和。
式中：γ—磁旋比，即核的磁矩与角动量的比值，是核 固有的性质；B0—外磁场强度。
对于相同的原子核，γ为常数，不同的原子核，则γ不 同。由此，改变外磁场强度B0或改变辐射能频率v都可保持 上式的关系。目前，一般核磁共振仪多采用固定辐射频率而 改共变振磁谱场图强。度见图B08的—方2法。，更便于获得能量吸收曲线，即核磁
核磁共振 (nuclear magnetic resonance spectroscopy)，简
称NMR，是指具有磁矩的原子核在静磁场中，受到电
磁波的激发而产生的共振跃迁现象。
1945年F．Bloch和E．M．Purcell为首的两个研究小 组同时独立发现核磁共振现象，NMR的理论基础是核 物理。
*2.自旋-自旋弛豫，又叫横向弛豫.
.高能级核把能量传递给邻近一个低能级核。在此弛豫过程前后，各种能级核 的总数不变。其半衰期用T2表示。
对每一种核来说，它在某一较高能级平均的停留时间只取决于 T1及T2中之较小者。根据测不准原理．谱线宽度与弛豫时间成反 比(由T1或T2中之较小者决定)。固体样品T2很小，所以谱线很宽。 因此在NMR测试中，一般将固体样品配成溶液。另外，如果溶液中 有顺磁性物质，如铁、氧气等物质会使T1缩短，谱线加宽，所以 样品中不能含铁磁性物质。
自旋量子数I＝0的原子核。它们没有磁 矩，不产生核磁共振，因此，不能用于核 磁共振研究。
自旋量子数I＝1/2或自旋量子数I＞1的 原子核，自旋的核具有循环的电荷，因而 可产生磁场，形成磁矩，即μ≠0。这类核适 用于核磁共振研究。
(见表8—1)。
可供核磁共振研究的原子核，以1H最容易测 出，因此，目前分析中最常用的是1H—NMR的测 定。 其次，用的较多的是13C、31P和19F。
能态与两个能态的能量差相等时，处于低能态的
质子就可吸收射频场的能量跃迁到高能态。这就
是核磁共振，上述两个能态间的能量差可以下式
表示：
E＝hv
式中：普朗克常数h＝(6.626176±0.000036)×10－34 J·s v—共振频率。
共振频率和外磁场强度之间又有如下的关系：
γ v 2π Hale Waihona Puke Baidu0
虽然13C的天然丰度很小，只有1.069％(1H为 99.9844％，19F为100％，31P为100％)。且其信 号灵敏度只有质子的1／63，较难测定。但现代 由于仪器和操作技术的改进，测定13C NMR谱在 结构测定中已占十分重要的地位。
在磁场中，各种核所产生的磁矩有一定的取向，由磁量子数 （m）决定，而磁量子数m由核的自旋量子数决定，即：m＝I，(I－ 1)，(I－2)，…，－I由此，共有(2I＋1)个m值。
核磁共振分析能够提供四种结构信息：化学位移δ 、 偶合常数J、各种核的信号强度比和弛豫时间。通过 分析这些信息，可以了解特定原子(如1H、13C等)的化 学环境、原子个数、邻接基团的种类及分子的空间构 型。
近年来，随着超导磁体和脉冲傅里叶变换法的 普及，NMR的新方法、新技术不断涌现，核磁共振 的分析方法和技术不断完善，样品用量大大减少， 灵敏度大大提高。由只能测溶液试样发展到可以做 固体样品，灵敏度很低的13C和15N等核的NMR测试也 已可以顺利完成。
核磁共振谱是由具有磁矩的原子核受射频场的照射而 发生跃迁所形成的吸收光谱。
原子的质量数和原子序数都是偶数时，自旋量子数为零 (I＝0)。原子的质量数和原子序数至少有一个为奇数时， 其自旋量子数才不为零(I≠0)。
I≠0的原子核本身的自旋运动，将产生自旋角动量( P)， 并使核有一个磁矩( )。具有磁矩的核在静磁场H0中，就 会有一定的运动和取向。除其原有的自旋运动外还会产生 围绕H0的陀螺式运动即进动(见图8—1)，且有自己特定的 自旋量子数。
1H，13C等核，其I＝1/2，则只可能有两种取向，
即： m＝＋1/2， 表示核磁矩顺着B0方向(↑) m＝－1/2， 表示核磁矩逆着B0方向(↓)。
质子磁矩的两种取向相当于两个能态。磁矩 方相向同(与逆磁B场0方相向同)的(顺，B质0方子向能)的态，高质。子能态低，不
若以射频场照射磁场中的质子，当射频场的
在正常情况下，在测试过程中，高能级的核可以不用辐射 的方式回到低能级，这个现象叫弛豫。
弛豫有两种方式：
*1.自旋晶格弛豫、又叫纵向弛豫。
核(自旋体系)与环境(又叫晶格)进行能量交换，高能级的核把能量以热运动的 形式传递出去，由高能级返回低能级。这个弛豫过程需要一定的时间，其半 衰期用T1表示，Tl越小表示弛豫过程的效率越高。
一、基本原理
F．Bloch和E．M．Purcell对核磁共振的解 释采取了不完全相同的理论。
F．Bloch使用的是核磁感应的观点。 E．M．Purcell用量子光学中能量吸收的观点。 这两种观点都在广泛使用。 不同场合用不同的理论。
二、核磁共振仪
核磁共振仪基本构成如下图：
1．磁铁 用来产生一个强的外加磁场。按磁铁的种类分为永久磁铁、
增2.3大T同G。(一不1T种同G核＝的，1核0γ4γ高为不斯一同)常，时数共，；振1H磁频共场率振B也频0强不率度同为增。10大如0M，B0H共＝z振，频13C率为v也 25MHz，31P为40.5MHz。
饱和与弛豫
1H核有两种能级状态，由于两者之间能量差很小，低能 级核的总数仅占很少的多数。若外加磁场强度为14092高斯， 温度为27℃，则低能级与高能级1H核数目之比为
eE KT eγ Bh 2π KT 1.0000099
也就是说，每一百万个核中，低能级的氢核仅比高能级 多l0个 左右。对每个核来说，由低能级向高能级或由高能级 向低能级的跃迁概率是—样的，但低能级核的数目较多．因 此总的来说，产生净的吸收现象，产生NMR信号。由于两种 核的总数相差不大，若高能级的核没有其他途径回到低能级， 也就是说没有过剩的低能级核可以跃迁，就不会有净的吸收， NMR信号将消失，这个现象叫饱和。
式中：γ—磁旋比，即核的磁矩与角动量的比值，是核 固有的性质；B0—外磁场强度。
对于相同的原子核，γ为常数，不同的原子核，则γ不 同。由此，改变外磁场强度B0或改变辐射能频率v都可保持 上式的关系。目前，一般核磁共振仪多采用固定辐射频率而 改共变振磁谱场图强。度见图B08的—方2法。，更便于获得能量吸收曲线，即核磁
核磁共振 (nuclear magnetic resonance spectroscopy)，简
称NMR，是指具有磁矩的原子核在静磁场中，受到电
磁波的激发而产生的共振跃迁现象。
1945年F．Bloch和E．M．Purcell为首的两个研究小 组同时独立发现核磁共振现象，NMR的理论基础是核 物理。
*2.自旋-自旋弛豫，又叫横向弛豫.
.高能级核把能量传递给邻近一个低能级核。在此弛豫过程前后，各种能级核 的总数不变。其半衰期用T2表示。
对每一种核来说，它在某一较高能级平均的停留时间只取决于 T1及T2中之较小者。根据测不准原理．谱线宽度与弛豫时间成反 比(由T1或T2中之较小者决定)。固体样品T2很小，所以谱线很宽。 因此在NMR测试中，一般将固体样品配成溶液。另外，如果溶液中 有顺磁性物质，如铁、氧气等物质会使T1缩短，谱线加宽，所以 样品中不能含铁磁性物质。
自旋量子数I＝0的原子核。它们没有磁 矩，不产生核磁共振，因此，不能用于核 磁共振研究。
自旋量子数I＝1/2或自旋量子数I＞1的 原子核，自旋的核具有循环的电荷，因而 可产生磁场，形成磁矩，即μ≠0。这类核适 用于核磁共振研究。
(见表8—1)。
可供核磁共振研究的原子核，以1H最容易测 出，因此，目前分析中最常用的是1H—NMR的测 定。 其次，用的较多的是13C、31P和19F。
能态与两个能态的能量差相等时，处于低能态的
质子就可吸收射频场的能量跃迁到高能态。这就
是核磁共振，上述两个能态间的能量差可以下式
表示：
E＝hv
式中：普朗克常数h＝(6.626176±0.000036)×10－34 J·s v—共振频率。
共振频率和外磁场强度之间又有如下的关系：
γ v 2π Hale Waihona Puke Baidu0
虽然13C的天然丰度很小，只有1.069％(1H为 99.9844％，19F为100％，31P为100％)。且其信 号灵敏度只有质子的1／63，较难测定。但现代 由于仪器和操作技术的改进，测定13C NMR谱在 结构测定中已占十分重要的地位。
在磁场中，各种核所产生的磁矩有一定的取向，由磁量子数 （m）决定，而磁量子数m由核的自旋量子数决定，即：m＝I，(I－ 1)，(I－2)，…，－I由此，共有(2I＋1)个m值。
核磁共振分析能够提供四种结构信息：化学位移δ 、 偶合常数J、各种核的信号强度比和弛豫时间。通过 分析这些信息，可以了解特定原子(如1H、13C等)的化 学环境、原子个数、邻接基团的种类及分子的空间构 型。
近年来，随着超导磁体和脉冲傅里叶变换法的 普及，NMR的新方法、新技术不断涌现，核磁共振 的分析方法和技术不断完善，样品用量大大减少， 灵敏度大大提高。由只能测溶液试样发展到可以做 固体样品，灵敏度很低的13C和15N等核的NMR测试也 已可以顺利完成。
核磁共振谱是由具有磁矩的原子核受射频场的照射而 发生跃迁所形成的吸收光谱。
原子的质量数和原子序数都是偶数时，自旋量子数为零 (I＝0)。原子的质量数和原子序数至少有一个为奇数时， 其自旋量子数才不为零(I≠0)。
I≠0的原子核本身的自旋运动，将产生自旋角动量( P)， 并使核有一个磁矩( )。具有磁矩的核在静磁场H0中，就 会有一定的运动和取向。除其原有的自旋运动外还会产生 围绕H0的陀螺式运动即进动(见图8—1)，且有自己特定的 自旋量子数。
1H，13C等核，其I＝1/2，则只可能有两种取向，
即： m＝＋1/2， 表示核磁矩顺着B0方向(↑) m＝－1/2， 表示核磁矩逆着B0方向(↓)。
质子磁矩的两种取向相当于两个能态。磁矩 方相向同(与逆磁B场0方相向同)的(顺，B质0方子向能)的态，高质。子能态低，不
若以射频场照射磁场中的质子，当射频场的
在正常情况下，在测试过程中，高能级的核可以不用辐射 的方式回到低能级，这个现象叫弛豫。
弛豫有两种方式：
*1.自旋晶格弛豫、又叫纵向弛豫。
核(自旋体系)与环境(又叫晶格)进行能量交换，高能级的核把能量以热运动的 形式传递出去，由高能级返回低能级。这个弛豫过程需要一定的时间，其半 衰期用T1表示，Tl越小表示弛豫过程的效率越高。