现代仪器分析核磁共振波谱法课件
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《核磁共振波谱法》PPT课件
采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。
仪器分析第十五章核磁共振波谱法PPT课件
正确结构： H3CO
O CH
2021
37
练习：
C7H16O3，推断其结构
δ 3.38
δ 5.30 6 1
9 δ 1.37
2021
38
解：
C7H16O3， U=（2＋2×7－16）/2=0
a. δ3.38和δ 1.37 四重峰和三重峰 —CH2CH3相互偶合峰
b. δ 3.38含有—O—CH2结构 结构中有三个氧原子，可能具有(—O—CH2)3
2021
20
甲基氢、亚甲基氢与次甲基氢δ值计算
c
O
CH3
CH3－ CH2 －C －O －CH －CH2 －CH3
be
f da
CH3：
δa =0.87+0=0.87
(0.90)
δb =0.87+0.18（β-COR）=1.05 (1.16)
δc =0.87+0.38（β-OCOR）=1.25 (1.21)
n+1规律只适用于I=1/2，且△ν/J >10 的初级谱。 对于其它I≠1/2，该规律可改为2nI+1。
2021
25
n+1规律示例
2-溴丙烷的NMR谱
2021
26
偶合常数－偶合类型
偕偶（genminal coupling）：
同碳偶合，常用2J表示。烷烃2J大，但在谱 图上常见不到峰分裂。烯烃2J小，但能见 到分裂。
多少碳原子；它们各属于哪些基团；伯、 仲、叔、季碳原子各有多少等。
弛豫时间T1较长，能准确测定，推测结构 可以直接观测不带氢的各碳官能团的信息，
如羰基、氰基等。 灵敏度低，信号需累加，速度慢。 峰面积与碳数不成正比。
仪器分析-核磁共振波谱法ppt课件
静磁场B0中不同I的原子核自旋角动量的空间取向
因此，原子核磁矩在Z轴上的投影也是量子 化的
µz=γ Pz
磁矩和磁场的相互作用能为：
④
★ E=-µ ⑤ zB0=-γm(h/2π)B0 总结：有自旋角动量的原子核在外磁场 中会取向，这种取向在Z轴方向的投影是量 子化的，每种取向对应有一定的能量(能级)。
四、核磁共振过程中的驰豫 1.驰豫过程 当大量的原子核在外磁场中取向并达到平 衡，高低能级的分布可利用Boltzman定律 来描述。即低能级的数目略多于高能级的 数目,且ΔE极小。当用射频电磁波照射外磁 场中原子核时，低能级的核吸收能量跃迁 至高能级，产生核磁共振信号。由于ΔE极 小，高能级粒子通过自发辐射回到低能级 的几率几乎为零。因此若要在一定时间间 隔内持续检测到NMR信号，
9.1核磁共振波谱法基本原理
一、原子核的自旋运动 实验证明，大多数原子核都有围绕某个轴 作自身旋转运动的现象，称为核的自旋运 动，且可用自旋角动量P来描述：
P=
h 2π
√
I(I+1)
①
试中 h—Planck常数 I—自旋量子数，其值与该核的质量数 和原子序数有关(见下表)
表1.各种原子核的自旋量子数
m E2=- — µz B0 =+µ z B0 I
ΔE=E2-E1=2µ z B0
当hν=ΔE时，则ν共振 =2µ ZB0/h =γ B0/2π
下面对核磁共振方程ν共振=γ B0/2π进行讨 论。 由共振方程可知：ν照射∝B0和γ 1.对于同一种原子核在不同的外磁场中发 生核磁共振所需要的射频频率不同。 对于1H核，将1H核放在B0=1.4092T的磁场 中，发生NMR时，射频频率为60MHz。 放在B0=4.69T的磁场中，发生NMR时，射 频频率为200MHz。
仪器分析--核磁共振波谱法47页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
仪器分析--核磁共振波谱法
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
Thanቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ you
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
仪器分析--核磁共振波谱法
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
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仪器分析—核磁共振ppt课件
大, △E越大
B0外加磁场
无磁场 m= -1/2 E2= B0 △E=2 B0 m= +1/2
E1= －B0
（一）、核磁共振
由于磁场的作用，原子核一方面绕轴自
旋，另一方面自旋轴又围绕着磁场方向进动。
拉莫尔进动有一定的回旋频率 ，当发 生核磁共振时，自旋核的跃迁能量(E= 2B0 ) 必然等于射频辐射能量(E=h) ，则 h =ΔE
（2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度B0和 射频频率不同。
（二）、核自旋能级分布和驰豫
一定温度下，原子核处于低能级与高能级上 的核数目达到热平衡，且满足玻尔兹曼分布：
Ni kT e e N0 E
h kT
e
hB 0 2kT
式中，Ni和N0分别为处于高能集合处于低能级上 的核总数；ΔE为两能级之间的能量差；k为玻尔 兹曼常量；T为 热力学温度。
NMR是结构分析的重要工具之一，在化学、 生物、医学、临床等研究工作中得到了广泛 的应用。
核磁共振与紫外、红外比较
共同点都是吸收光
紫外—可见
红外
核磁共振
吸收 能量
紫外可见光 200~780nm
红外光 780nm~1000m
无线电波1~100m 波长最长，能量最 小,不能发生电子 振动转动能级跃迁
自旋-自旋弛豫： 处于高能态的核自旋体系将能 量传递给邻近低能态同类磁性核而回到低能态的 过程，称为自旋-自旋弛豫，自旋体系的总能量没 有改变。 自旋-自旋弛豫时间用t2表示。
二、核磁共振现象
(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 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
现代仪器分析 第六章 核磁共振波谱法PPT课件
❖核磁共振波谱(NMR spectrum)：以 核磁共振信号强度对照射频率(或磁 场强度)作图所得图谱。
❖核磁共振波谱法：利用核磁共振波 谱进行结构（包括构型、构象）测定 、定性及定量的方法。
第一节 概 述
核：磁性质的原子核 磁：外加磁场 共振：吸收射频辐射产生核自旋能
级跃迁，产生NMR信号
研究的对象是处于强磁场中原子核对射频辐射的吸收
③
H0=0
E＝
h
2
H
0
m＝+1/2
I (I 1) I (I 1)
I＝1/2核的能级分裂
ω0 = 2πν0 = γH0 ν0 = γH0/ (2π)
h 0
E
h 2
H0
0
2
H0
第 三 节 核磁共振波谱仪
（一）主要组成及部件的功能
共振吸收法是利用原子核在磁场中，能级跃迁时核磁矩方 向改变而产生感应电流，来测定核磁共振信号。
结论：质量数和电荷数两者或其一为奇数时，才有非零的核自 旋量子数。
I = 0 时，P = 0，原子核无自旋现象 I≥ ½ 时，原子核有自旋现象
Ｉ＝1/2的原子核
11H ,
163C,
199F ,
175N ,
P 31
15
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁 矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物 的主要组成元素。
2、物理化学研究方面 可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速率常数等。
第一节 概 述
3、在定量方面 可以测定某些药物的含量及纯度检查。
4、医疗与药理研究 由于核磁共振具有能深入物体内部，而不破坏样品的特点，因 而可进行活体研究，在生物化学药品方面也有广泛应用。如酶 活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织鉴别、药物与受 体间的作用机制等。近年来，核磁共振成像仪，已用于人体疾 病的诊断。
❖核磁共振波谱法：利用核磁共振波 谱进行结构（包括构型、构象）测定 、定性及定量的方法。
第一节 概 述
核：磁性质的原子核 磁：外加磁场 共振：吸收射频辐射产生核自旋能
级跃迁，产生NMR信号
研究的对象是处于强磁场中原子核对射频辐射的吸收
③
H0=0
E＝
h
2
H
0
m＝+1/2
I (I 1) I (I 1)
I＝1/2核的能级分裂
ω0 = 2πν0 = γH0 ν0 = γH0/ (2π)
h 0
E
h 2
H0
0
2
H0
第 三 节 核磁共振波谱仪
（一）主要组成及部件的功能
共振吸收法是利用原子核在磁场中，能级跃迁时核磁矩方 向改变而产生感应电流，来测定核磁共振信号。
结论：质量数和电荷数两者或其一为奇数时，才有非零的核自 旋量子数。
I = 0 时，P = 0，原子核无自旋现象 I≥ ½ 时，原子核有自旋现象
Ｉ＝1/2的原子核
11H ,
163C,
199F ,
175N ,
P 31
15
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁 矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物 的主要组成元素。
2、物理化学研究方面 可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速率常数等。
第一节 概 述
3、在定量方面 可以测定某些药物的含量及纯度检查。
4、医疗与药理研究 由于核磁共振具有能深入物体内部，而不破坏样品的特点，因 而可进行活体研究，在生物化学药品方面也有广泛应用。如酶 活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织鉴别、药物与受 体间的作用机制等。近年来，核磁共振成像仪，已用于人体疾 病的诊断。
现代仪器分析——核磁共振波谱法ppt课件
• 相当于光谱仪器中的检测器。
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 变温元 件
可编辑课件PPT
11
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
可编辑课件PPT
8
主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后 撤去电源。
可编辑课件PPT
9
射频发射器
• 偶合是短程的
– 相互裂分的氢核间只 能间隔两到三个化学 键；
• 峰裂分的n + 1规律
可编辑课件PPT
17
五、应用
未知化合物1H NMR谱图的解析
解析步骤: ① 根据分子式计算不饱和度； ② 测量积分曲线每一个台阶的高度，折算成整数比，然后 折算成每组峰所对应的氢原子数； ③ 根据化学位移值、质子数目及峰裂分情况推测结构单元 ； ④ 计算剩余的结构单元的不饱和度； ⑤ 组合结构单元成为可能的结构式； ⑥ 对所有可能结构进行指认,排除比可能的结构； ⑦ 借助其它仪器分析法进行进一步确认。
CH3CH2I
CH2I
-CH3
TMS
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 变温元 件
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11
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
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8
主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后 撤去电源。
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9
射频发射器
• 偶合是短程的
– 相互裂分的氢核间只 能间隔两到三个化学 键；
• 峰裂分的n + 1规律
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17
五、应用
未知化合物1H NMR谱图的解析
解析步骤: ① 根据分子式计算不饱和度； ② 测量积分曲线每一个台阶的高度，折算成整数比，然后 折算成每组峰所对应的氢原子数； ③ 根据化学位移值、质子数目及峰裂分情况推测结构单元 ； ④ 计算剩余的结构单元的不饱和度； ⑤ 组合结构单元成为可能的结构式； ⑥ 对所有可能结构进行指认,排除比可能的结构； ⑦ 借助其它仪器分析法进行进一步确认。
CH3CH2I
CH2I
-CH3
TMS
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
核磁共振波谱分析法PPT课件
100.00 106 1023 298
J J
s K
s1 1 K
0.999984
两能级上核数目差：1.610-5； 弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。
07:36:45
9
讨论:
exp
E exp kT
h kT
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共振频率
2
B0
2.68 108 2.3488 100.00MHz
2 3.24
Ni Nj
e
xp
6.626 1034 1.38066
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
07:36:45
11
内容选择：
第一节 核磁共振基本原理 第二节 核磁共振与化学位移 第三节 自旋偶合与自旋裂分 第四节 谱图解析与结构确定 第五节 13C核磁共振波谱
07:36:45
结束
12
核磁共振波谱 分析法
I=2
1H
E2=+ H0
H0
P
E= E2 － E1 = 2 H0 E1=－ H0
07:36:45
4
二、 核磁共振现象
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
于外当磁置场于，外有磁（场2I+H10）中种时取，向相：对
共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。
高分子近现代分析技术核磁共振波谱法培训课件
高分子近现代分析技术核磁共振波
38
谱法
三键的各向异性 乙炔质子：sp3杂化的C-H键电子 更靠近碳， 使质子周围的电子云密度减少， 质子 共振吸收向低场移动
高分子近现代分析技术核磁共振波
39
谱法
•氢键效应
•使电子云密度平均化，使OH或SH中质子移向低场。 •如分子间形成氢键，其化学位移与溶剂特性及浓度有关 •如分子内形成氢键，与溶液无关，只与分子本身有关
Richard R. Ernst, Switzerland 诺贝尔化学奖 1991, “高分辨率核磁共振技术"
Kurt Wuthrich, Switzerland 诺贝尔化学奖 2002, “生物大分子的三维核磁技术"
Paul C. Lauterbur, USA and Peter Mansfield, United
• 未加外磁场时，所有核自旋是无序的，没有能级分裂（简并状 态）
• 因为核自旋具有磁矩，当施加一个强磁场（Ho)后，它 们就与外加磁场平行或反平行
=gh/2
Ho
=- g h / 2
高分子近现代分析技术核磁共振波
13
谱法
• 外磁场H0作用下，平行和反平行于H0的核磁矩之间产生能级差
Ho = 0
Ho > 0
谱法
第一种，自旋－晶格驰豫(纵向驰豫)。整个体系能 量降低。所需时间用半衰期T1表示。
第二种，自旋－自旋驰豫(横向驰豫)。体系能量不
变，半衰期为T2。
驰豫过程的速率会影响谱线的宽度。
高分子近现代分析技术核磁共振波
18
谱法
驰豫时间越快，状态能量的不确定性△E也就越大， 则△v的不确定性也就越大，谱线加宽。
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有关,即与核中质子数和中子数有关：
质量数A 原子序数Z 自旋量子数I 自旋核电荷分布 NMR讯号 原子核举例
偶数 奇数 奇数 偶数
偶数 奇或偶数 奇或偶数
奇数
0 1/2 3/2、5/2等 1、2、3等
— 球形 扁平椭球形 扁平椭球形
无
12C6、16C8、32S16
有
1H1、13C6、19F9、 15N7、31P15
辐射源：无线电波（60～500MHz 射频） 作用物质：原子核磁量子 检测信号：吸收 产生原因：原子核自旋能级的跃迁
2
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
二、基本原理
原子核的自旋运动
– 原子核的自旋运动具有一定的自旋角动量；其自旋
角动量也是量子化的，它与自旋量子数 I 间的关系
p，式中 称为磁旋比。
– 核的磁旋比越大，其磁性也越强，在核磁共振 中越容易被检出。
5
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
弛豫
– 弛豫可分为“自旋－晶格弛豫”和“自旋－自旋弛豫”
• 自旋－晶格弛豫(纵向弛豫)：自旋核与周围分子交换 能量的过程。
• 自旋－自旋弛豫(横向弛豫)：自旋核之间互换能量的 过程。
7
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主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后 撤去电源。
四、化学位移与自旋偶合、裂分
1、化学位移的产生
– 虽然质子(1H)的共振信号由外部磁场强度和核
的磁矩决定，但任何原子核都被电子云所包围
。按照“楞次定律”，核外电子在外磁场作用
下会产生环电流、并感应出一个与外磁场方向
相反的次级磁场，这种电子云对抗外磁场的作 H0
用称为电子的屏蔽效应。
H0
– 屏蔽效应的结果，使得原子核处于一个与外磁 场不同的场强下：
9
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
射频接收器
• 接收携带样品核磁共振信号的射频输出，并传送到 放大器放大。
• 相当于光谱仪器中的检测器。
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 当之处，请联系本人改正。
❖ 没有完全裸露的氢核，也没有绝对的标准。
❖ 相对标准：四甲基硅烷 Si(CH3)4 (TMS)---内标物 ❖ 规定其位移常数 δTMS=0
13
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3、影响化学位移的因素 ◆ 1）电负性：电负性大的原子与质子的距离增加时，
化学位移值减小；电负性大的原子数目增加，化学位移 值增加。
◆ 2）磁各向异性效应 ◆ 3）范德华效应 ◆ 4）氢键：分子内形成的氢键，其化学位移的值只与
它自身的结构有关，与溶剂及其浓度无关；分子间氢键 ，其化学位移的值与溶剂的性质以及浓度有关
14
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4、自旋偶合、裂分
为什么每类氢核不总表现为单峰、有时出现多重峰？ 原因：相邻两个氢核核磁距之间的自旋偶合（自旋干扰）
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
11
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
目录
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
1
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
一、概述
将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频率的 电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级 跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振
利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定量分析的 方法称为核磁共振波谱法。简称 NMR。
H=H0－H’=H0－σH0=(1－σ)H0
– 这样，要使氢原子核发生核磁共振，就必须满
足：
共
振 ＝
H＝
Ih
2H
h
2H0(1)
h
或H0
共振 h 2 (1)
12
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
2、化学位移的表示方法
化学位移的标准物质
CH3
Si
H 3C
CH3
H 3C
为：
p I(I 1) h
2
（I的取值为1的正整数倍0： 、1、1、3、2）；
2
22
I＝0，p＝0，表示原子核没有自现旋象；
只有I 0的原子核才有自旋角量动的自旋现象。
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核磁共振现象 自旋量子数 I 与原子核的质量数及原子序数(电荷数)
有
17O8、33S16
有
2H1、14N7
– 其中,I=1/2的核(1H、13C)电荷呈球形分布,核磁共 振现象较为简单，是核磁共振研究的主要对象。
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– 由于原子核是带正电荷的，故在它自旋时会产 生磁矩μ，其方向可用右手定则确定，磁矩与自 旋角动量间的关系为：
自旋－晶格弛豫(T1) 自旋－自旋弛豫(T2)
气体与液体样品 几秒 1秒
固体及粘度大的液体样品 几分～几小时 10-4～10-5秒
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三、核磁共振波谱仪
仪器组成部分：磁场、探头、射频发射单元、射频和磁场扫描 单元、射频监测单元、数据处理仪器控制六个部分。
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射频发射器
• 产生一个与外磁场匹配的射频频率，提供能量是自 旋核从低能级跃迁到高能级。
• 相当于光谱仪中的光源。 • 测定的自旋核不同，射频发生器不同
– 在7.0463T的磁场中， 对1H射频发生器应产生 300MHz电磁波，而对13C，应产生75.432MHz的 电磁波。
质量数A 原子序数Z 自旋量子数I 自旋核电荷分布 NMR讯号 原子核举例
偶数 奇数 奇数 偶数
偶数 奇或偶数 奇或偶数
奇数
0 1/2 3/2、5/2等 1、2、3等
— 球形 扁平椭球形 扁平椭球形
无
12C6、16C8、32S16
有
1H1、13C6、19F9、 15N7、31P15
辐射源：无线电波（60～500MHz 射频） 作用物质：原子核磁量子 检测信号：吸收 产生原因：原子核自旋能级的跃迁
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二、基本原理
原子核的自旋运动
– 原子核的自旋运动具有一定的自旋角动量；其自旋
角动量也是量子化的，它与自旋量子数 I 间的关系
p，式中 称为磁旋比。
– 核的磁旋比越大，其磁性也越强，在核磁共振 中越容易被检出。
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弛豫
– 弛豫可分为“自旋－晶格弛豫”和“自旋－自旋弛豫”
• 自旋－晶格弛豫(纵向弛豫)：自旋核与周围分子交换 能量的过程。
• 自旋－自旋弛豫(横向弛豫)：自旋核之间互换能量的 过程。
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主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后 撤去电源。
四、化学位移与自旋偶合、裂分
1、化学位移的产生
– 虽然质子(1H)的共振信号由外部磁场强度和核
的磁矩决定，但任何原子核都被电子云所包围
。按照“楞次定律”，核外电子在外磁场作用
下会产生环电流、并感应出一个与外磁场方向
相反的次级磁场，这种电子云对抗外磁场的作 H0
用称为电子的屏蔽效应。
H0
– 屏蔽效应的结果，使得原子核处于一个与外磁 场不同的场强下：
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射频接收器
• 接收携带样品核磁共振信号的射频输出，并传送到 放大器放大。
• 相当于光谱仪器中的检测器。
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 当之处，请联系本人改正。
❖ 没有完全裸露的氢核，也没有绝对的标准。
❖ 相对标准：四甲基硅烷 Si(CH3)4 (TMS)---内标物 ❖ 规定其位移常数 δTMS=0
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3、影响化学位移的因素 ◆ 1）电负性：电负性大的原子与质子的距离增加时，
化学位移值减小；电负性大的原子数目增加，化学位移 值增加。
◆ 2）磁各向异性效应 ◆ 3）范德华效应 ◆ 4）氢键：分子内形成的氢键，其化学位移的值只与
它自身的结构有关，与溶剂及其浓度无关；分子间氢键 ，其化学位移的值与溶剂的性质以及浓度有关
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4、自旋偶合、裂分
为什么每类氢核不总表现为单峰、有时出现多重峰？ 原因：相邻两个氢核核磁距之间的自旋偶合（自旋干扰）
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
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目录
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一、概述
将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频率的 电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级 跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振
利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定量分析的 方法称为核磁共振波谱法。简称 NMR。
H=H0－H’=H0－σH0=(1－σ)H0
– 这样，要使氢原子核发生核磁共振，就必须满
足：
共
振 ＝
H＝
Ih
2H
h
2H0(1)
h
或H0
共振 h 2 (1)
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2、化学位移的表示方法
化学位移的标准物质
CH3
Si
H 3C
CH3
H 3C
为：
p I(I 1) h
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（I的取值为1的正整数倍0： 、1、1、3、2）；
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I＝0，p＝0，表示原子核没有自现旋象；
只有I 0的原子核才有自旋角量动的自旋现象。
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核磁共振现象 自旋量子数 I 与原子核的质量数及原子序数(电荷数)
有
17O8、33S16
有
2H1、14N7
– 其中,I=1/2的核(1H、13C)电荷呈球形分布,核磁共 振现象较为简单，是核磁共振研究的主要对象。
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– 由于原子核是带正电荷的，故在它自旋时会产 生磁矩μ，其方向可用右手定则确定，磁矩与自 旋角动量间的关系为：
自旋－晶格弛豫(T1) 自旋－自旋弛豫(T2)
气体与液体样品 几秒 1秒
固体及粘度大的液体样品 几分～几小时 10-4～10-5秒
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三、核磁共振波谱仪
仪器组成部分：磁场、探头、射频发射单元、射频和磁场扫描 单元、射频监测单元、数据处理仪器控制六个部分。
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射频发射器
• 产生一个与外磁场匹配的射频频率，提供能量是自 旋核从低能级跃迁到高能级。
• 相当于光谱仪中的光源。 • 测定的自旋核不同，射频发生器不同
– 在7.0463T的磁场中， 对1H射频发生器应产生 300MHz电磁波，而对13C，应产生75.432MHz的 电磁波。