第四章 核磁共振氢谱和碳谱
第四章核磁共振碳谱习题2
第四章核磁共振碳谱一、判断题[1]自由衰减信号(FID)是频率域信号。
()[2]碳谱的化学位移范围范围较宽(0-200),所以碳谱的灵敏度高于氢谱。
()[3]在宽带去耦碳谱中,不同类型的碳核产生的裂分峰数目不同。
()[4]氢质子在二甲基亚砜中的化学位移比在氯仿中要小。
()[5]在13C NMR谱中,由于13C-13C相连的概率很低,所以通常不考虑13C核只见到耦合。
()[6]含19F的化合物,可观测到19F对13C核的耦合裂分,且谱带裂分数符合n+1规律。
()[7]但在固相核磁共振波谱中,分子运动受到限制,由于磁各向异性作用将是谱线带变宽,分辨率大大下降。
()[8]在碳谱中,13C-1H会发生耦合作用,但是13C-1H的耦合常数远比1H-1H之间的耦合常数小.()[9]在135°DEPT试验中,CH、CH2和CH3均出正峰,季碳原子不出现谱峰。
()[10]在APT实验中,CH和CH3均出正峰,CH2出负峰,季碳原子不出现谱峰。
()二、选择题(单项选择)[1] 下列原子核没有自旋角动量的是哪一种?()。
A. 14N7B. 12C6C. 31P15D. 13C6[2] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生两个信号的化合物是()。
A. 1,2,3,-三氯苯;B. 1,2,4,-三氯苯;C. 1,3,5,-三氯苯[3] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生六个信号的化合物是()。
A. 1,2,3,-三氯苯;B. 1,2,4,-三氯苯;C. 1,3,5,-三氯苯[4] 在13C NMR波谱中在化学位移125-140产生三个信号的化合物是()。
A. 对二氯苯;B. 邻二氯苯;C. 间二氯苯。
[5] 在13C NMR中在化学位移0-60产生3个信号;在1H NMR中在化学位移0-5产生3个信号(最低场信号为多重峰)的化合物是()。
A. 1,1-二氯丙烷;B. 1,2二氯丙烷;C. 2,2-二氯丙烷;D. 1,3二氯丙烷。
核磁共振氢谱和碳谱确定同分异构体
核磁共振（NMR）技术是一种非常重要的化学分析方法，它在有机化学和药物研究等领域中得到了广泛的应用。
其中，核磁共振氢谱和碳谱确定同分异构体是其中一项重要的应用。
1. 概述核磁共振是一种实验技术，通过核磁共振现象来研究原子核周围的环境。
而核磁共振氢谱和碳谱是两种常见的NMR技术，它们通过观察分子内氢原子和碳原子的核磁共振信号来确定化合物的结构和构型。
2. 同分异构体的概念同分异构体是指分子式相同、结构不同的化合物。
它们具有相同的分子式，但由于原子的排列方式不同，导致了化合物的性质也不同。
3. 核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用核磁共振氢谱和碳谱可以通过观察氢原子和碳原子的化学位移、耦合常数和积分峰面积来确定分子中原子的环境和相对数量。
这些信息可以帮助我们确定同分异构体的结构和构型。
4. 核磁共振氢谱的解析在核磁共振氢谱中，化学位移可以告诉我们不同氢原子的化学环境，耦合常数可以揭示氢原子之间的相对位置关系，而峰面积则可以给出氢原子的数量信息。
通过这些信息，我们可以确定同分异构体中不同原子的位置和数量。
5. 核磁共振碳谱的解析与氢谱类似，碳谱也可以通过化学位移、耦合常数和峰面积来确定同分异构体中碳原子的环境和数量。
碳谱对于确定分子中碳原子的排列和连接方式非常重要，尤其在复杂结构的有机化合物中。
6. 个人观点和理解从我个人的角度来看，核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用是非常重要的。
它们为化学家提供了一种强大的工具，可以帮助他们确定未知化合物的结构和构型，并且对于有机合成、天然产物和药物研究具有重要意义。
总结在本文中，我们对核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用进行了全面的介绍。
通过分析化学位移、耦合常数和峰面积等信息，我们可以确定同分异构体分子的结构和构型。
这两种技术为化学研究提供了重要的帮助，也为未来的科学研究和产业应用提供了新的思路和方法。
通过本文的阅读，我相信您对核磁共振氢谱和碳谱在确定同分异构体中的应用有了更深入的理解。
简述核磁共振氢谱和碳谱的关系
简述核磁共振氢谱和碳谱的关系核磁共振氢谱和碳谱是两种常见的谱学技术，它们分别以氢和碳原子的核磁共振现象为基础，可用于分析物质的结构及化学性质。
这两种谱学技术在有机化学等领域中扮演着重要的角色，它们的关系也是十分密切的。
首先，我们需要了解核磁共振氢谱和碳谱的基本原理。
核磁共振的原理是：当原子核处于磁场中时，其核自旋会产生一个磁矩，它可以被外加的旋转磁场所感应，由此产生共振信号。
核磁共振氢谱是以氢原子的磁共振现象为基础的谱学技术，它可以用于分析含有氢原子的化合物。
碳谱则以碳原子的核磁共振现象为基础，它可以用于分析含有碳原子的有机化合物。
在有机化学中，氢原子和碳原子通常被认为是最常见的元素。
因为它们是有机化合物中的主要成分。
因此，核磁共振氢谱和碳谱被广泛应用于化合物的结构分析。
在某些情况下，仅使用其中一种谱学技术可能无法提供足够的信息，此时就需要同时使用核磁共振氢谱和碳谱来确定化合物的结构。
核磁共振氢谱和碳谱的信号有很多，这些信号与化合物的结构和电子云分布有密切关系。
因此，在分析核磁共振氢谱和碳谱时，需要考虑诸多因素。
例如，有机化合物中，每个不同的氢或碳原子都具有不同的环境，因此它们的化学位移也各不相同。
通常，化学位移是表示核磁共振信号位置的重要参数。
化学位移的大小和结构有关，因此，当分析化合物时，需要考虑到其结构的类型及其化学环境。
此外，核磁共振氢谱和碳谱也可以搭配使用，实现特定结构的化合物的结构分析。
例如，在有机化学中，如果其中包含一些环结构，那么核磁共振氢谱和碳谱的结合使用将是非常有价值的。
有机化合物中的环结构通常由碳原子及其周围的氢原子组成。
在分析环结构中的碳原子时，可以使用碳谱，通过观察其对应的氢谱来进一步分析相邻的氢原子的化学位移。
这种结合使用可以在研究复杂化合物和有机反应机理时非常有用。
总之，核磁共振氢谱和碳谱是化学领域中常用的分析工具。
它们的结合使用可以提供更加全面的结构分析信息，同时也可以加深对有机化学反应机理的理解。
第4章 核磁共振碳谱
2013-6-13
一、化学位移
wei 波 谱 分 析 第 3 章 核 磁 共 振
2013-6-13
• 影响碳化学位移的结构性因素 • 影响碳化学位移的外部因素
概述
wei 波 谱 分 析 第 3 章 核 磁 共 振
• 用符号δ表示，用TMS为内标，其化学位 移为0. • 碳谱的化学位移一般在0—220ppm左右。 • 溶剂：水溶性样品用氘代二氧六环或2， 2-二甲基-2-硅代戊烷-5-磺酸钠（DSS）。
2
H H Cl C C Cl Cl H 5.9
H C C
H C C H
O H3C C H
JCH(Hz) -4.5
1-16
49.3
26.7
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远程13碳-氢偶合的影响因素
wei 波 谱 分 析 第 3 章 核 磁 共 振
2013-6-13
• 间隔3个键的碳-氢偶合（3JCH）
– 较2JCH小，主要影响因素有：杂化类型和取 代基的电负性，及基团的几何构型等。
wei 波 • 键角的大小 谱 – 主要针对环状结构。 分 • 键角越小，耦合常数越大。 析 第 3 章 核 1JCH(Hz) 161.0 磁 共 振
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CH4
134.0
128.0
123.0
125.0
直接13碳-氢偶合常数的影响因素
wei 波 • 取代基电负性的影响 谱 – 取代基电负性越大，耦合常数越大。 分 析信号移向低场， 第 化学位移越大，如碳正离子化学位移一般在 3 300左右； 章 核 • 当碳正离子与含孤电子对的杂原子相连，碳信 磁 号移向高场。
共 振
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3、诱导效应
第四章 核磁共振碳谱
3） 立体效应 ） 4） 其它影响 ）
溶剂、氢键、温度等。 溶剂、氢键、温度等。
4、 各类碳的化学位移范围（图4.13 ，书143页） 、 各类碳的化学位移范围（ 页
四、13C的化学位移的经验计算 的化学位移的经验计算 1. Sp3杂化碳的化学位移及经验计算 杂化碳的化学位移及经验计算 2. Sp2, sp1 杂化碳的化学位移及经验计算 五、
13C偶合及偶合常数 偶合及偶合常数
偶合的13CNMR谱图与１ＨNMR相似，出现谱图的 相似， 谱图与 相似 多重性， 多重性，裂分峰的数目由偶合核的自自旋量子数 和核的数目决定。 和核的数目决定。
谱的解析： 六、 13C NMR谱的解析： 谱的解析 １. 一般程序： 一般程序：
1）计算不饱和度。 ）计算不饱和度。 2）识别谱图排除干扰峰（试剂峰、杂质峰）。 ）识别谱图排除干扰峰（试剂峰、杂质峰）。 3）分析碳的杂化类型，与不饱和度相符合。 ）分析碳的杂化类型，与不饱和度相符合。 4）用偏共振去偶谱分析与每种化学环境不同的碳直接相连的 ） 氢原子的数目，识别伯、 季碳，结合δ值推导出 氢原子的数目，识别伯、仲、叔、季碳，结合 值推导出 可能的基团及与其相连的可能基团。 可能的基团及与其相连的可能基团。 5）综合以上分析，推导可能结构，进行必要的经验计算进一 ）综合以上分析，推导可能结构， 步验证结构。 步验证结构。 6）化合物结构复杂时，需结合其它谱图进行解析，必要时还 ）化合物结构复杂时，需结合其它谱图进行解析， 可查阅标准谱。 可查阅标准谱。
δ值范围为 值范围为0-220ppm, 1HNMR的常用 值范围为 的常用δ值范围为 值范围为 的常用 值范围为0-10ppm.
2. 给出不与氢相连的碳的共振吸收峰， 给出不与氢相连的碳的共振吸收峰，
核磁共振氢谱和碳谱
核磁共振氢谱和碳谱案场各岗位服务流程销售大厅服务岗：1、销售大厅服务岗岗位职责：1)为来访客户提供全程的休息区域及饮品;2)保持销售区域台面整洁;3)及时补足销售大厅物资,如糖果或杂志等;4)收集客户意见、建议及现场问题点；2、销售大厅服务岗工作及服务流程阶段工作及服务流程班前阶段1）自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域2）检查使用工具及销售大厅物资情况，异常情况及时登记并报告上级。
班中工作程序服务流程行为规范迎接指引递阅资料上饮品（糕点）添加茶水工作要求1）眼神关注客人，当客人距3米距离时，应主动跨出自己的位置迎宾，然后侯客迎询问客户送客户注意事项15度鞠躬微笑问候：“您好！欢迎光临！”2）在客人前方1-2米距离领位，指引请客人向休息区，在客人入座后问客人对座位是否满意：“您好！请问坐这儿可以吗？”得到同意后为客人拉椅入座“好的，请入座！”3）若客人无置业顾问陪同，可询问：请问您有专属的置业顾问吗？，为客人取阅项目资料，并礼貌的告知请客人稍等，置业顾问会很快过来介绍，同时请置业顾问关注该客人；4）问候的起始语应为“先生-小姐-女士早上好，这里是XX销售中心，这边请”5）问候时间段为8:30-11:30 早上好11:30-14:30 中午好 14:30-18:00下午好6）关注客人物品，如物品较多，则主动询问是否需要帮助（如拾到物品须两名人员在场方能打开，提示客人注意贵重物品）；7）在满座位的情况下，须先向客人致歉，在请其到沙盘区进行观摩稍作等待；阶段工作及服务流程班中工作程序工作要求注意事项饮料（糕点服务）1）在所有饮料（糕点）服务中必须使用托盘；2）所有饮料服务均已“对不起，打扰一下，请问您需要什么饮品”为起始；3）服务方向：从客人的右面服务；4）当客人的饮料杯中只剩三分之一时，必须询问客人是否需要再添一杯，在二次服务中特别注意瓶口绝对不可以与客人使用的杯子接触；5）在客人再次需要饮料时必须更换杯子；下班程序1）检查使用的工具及销售案场物资情况，异常情况及时记录并报告上级领导；2）填写物资领用申请表并整理客户意见；3）参加班后总结会；4）积极配合销售人员的接待工作，如果下班时间已经到，必须待客人离开后下班；1.3.3.3吧台服务岗1.3.3.3.1吧台服务岗岗位职责1）为来访的客人提供全程的休息及饮品服务；2）保持吧台区域的整洁；3)饮品使用的器皿必须消毒；4）及时补充吧台物资；5）收集客户意见、建议及问题点；1.3.3.3.2吧台服务岗工作及流程阶段工作及服务流程班前阶段1）自检仪容仪表以饱满的精神面貌进入工作区域2）检查使用工具及销售大厅物资情况，异常情况及时登记并报告上级。
第四章核磁共振HNMR ppt课件
两种自旋取向能级差与外磁 场B0的关系
2020/11/13
19
现在从另一角度来讨论核磁共振现象。
在B0中，原子核绕其自旋轴旋转（自旋 轴与核磁矩μ方向一致），而自旋轴又与静磁 场B0保持某一夹角θ,而绕B0进动，称为 Larmor进动（如图所示）
2020/11/13
I=1／2的核的Larmor进动
尽管共振频率各有差异，但差异不大，仅为百万 分之十左右，对其绝对值的测量难以达到所需要 的精度。
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故实际工作中是采用测定相对值来表示，即 以某标准物质的共振峰为原点，测定样品中 各共振峰与原点的相对距离，这种相对距离 就称为化学位移(Chemical shift)。
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26
4.1.4 驰豫过程 1．弛豫过程
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，必须有某种过程存在，它使高能级 的原子核回到低能级，以保持低能级的粒子数始终略大于 高能级的粒子数。这个过程就是弛豫过程。
ωL=ω=2πν=γB0
ν共振= γB0/2π
参见下面的示意图
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核磁能量吸收和跃迁过程
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23
下面对核磁共振方程进行讨论
（ ν共振= γB0/2π ）
①对于同一核，如I=1/2的1H核，发生共振时，
ν照射与B0的关系
核磁共振氢谱和碳谱讲解
核磁共振氢谱核磁共振---NMR1945年美国斯坦福大学的 F. Block 和哈佛大学的 E. M. Purcell 同时发现了核磁共振现象，并因此荣获了1952年的 Nobel 物理奖。
核磁共振谱可为化合物鉴定提供下列信息：1.磁核的类型：由化学位移来判别，如在1HNMR 中，可判别甲基氢、芳氢、烯氢、醛氢等。
2.磁核的化学环境：由偶合常数和自旋－自旋裂分来判别，如在 1H-NMR 中可判定甲基是与-CH 2-相连，还是与苯环相连。
3.各类磁核的相对数量：氢谱中，通过积分面积或积分曲线来判断。
4 .核自旋弛豫时间：13CNMR 可提供 T 1，并用于结构归属指定，构象的测定，以及窥测体 系的运动情况。
5 .核间相对距离：通过核的 Overhause 效应可测得。
3.1核磁共振的基本原理3.1.1原子核的磁矩原子核是带正电荷的粒子，自旋将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核有自旋，只有有自旋才有磁矩。
具有自旋运动的原子核具有一定自旋量子数（I ），I=1/2 *n ，那1，2，3···1. 核电荷数和和质量数均为偶数的原子核没自旋。
2. 核电荷数为奇数或偶数，核质量数为奇数，有自旋现象。
3. 核电荷数为奇数，核质量数为偶数，I 为整数的原子核有自旋现象。
对于自旋不为零的核来说，当其自旋时由于形成环电流，故而产生一个小磁场，这个小磁场可用核磁矩 μ 表示。
μ 是矢量，其大小由下式确定：πγγμ2)1(hI I p +==式中 γ ---核的磁旋比 p---自旋角动量不同的核有不同的 γ 值，是确定同位素核的特征常数。
3.1.2自旋核在磁场中的取向和能级对于I 不为零的核来说，如果不受外来磁场的干扰，其自旋轴的取向将是任意的。
当它们处于外加静磁场（磁场强度为H0）中时，根据量子力学理论，它们的自旋轴的取向不再是任意的，而只有(2I+1)种，这叫核自旋的空间量子化。
每一种取向可用一个磁量子数m 表示，则m=I，I-1，I-2，…-I+1，-I。
核磁共振氢谱和碳谱
2020/10/18
这类原子的核电荷分布呈现球体分布，核电荷分布 均匀,并象陀螺一样自旋，有核磁矩产生，对应的 核磁共振波谱图简单明了。自旋量子数 I=1/2原子 核是核磁共振研究的主要内容。例如1H核可看作核 电荷均匀分布的球体，核绕自旋轴转动时，除了产 生核磁矩还会产生一感应磁场，类似于一小磁体。
电磁波的能量（h）等于核能级差△E就会有NMR
（核自旋发生倒转）。
E
h 2
HO
h (电磁波频率)
2
HO,
o
2
HO，
o
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共振条件
(1)核有自旋(磁性核)
(2)外磁场，能级裂分;
(3)照射频率与进动频率相等
0
2
H0
(4)符合跃迁选 m律 ： 1(只能发生在相邻 ) 能
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z
z
z
m=1/2Байду номын сангаас
m=1
m=2
H0
m=1
m=0
m=0
m= -1
m=-1/2
m= -1
m= -2
I = 1/2
I=1
I=2
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（2）核磁矩在外加磁场（Z轴）上的分量μz取决于
角动量在该轴上的分量（Pz），且
Pz
m
h
2
Pz 的取值与m有关，只能取不连续的数值。
由μz=γ×Pz
轴与外磁场保持一夹角θ的回旋(摇头旋转），这 种回旋称为核的进动 。进动频率o 与外加磁场关 系可用 Larmor 方程表示：ω(角速度)=2πo=γHO
第四章 核磁共振-氢谱
4.1.3 核的回旋和核的共振
当一个原子核的核磁矩处于磁场HO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。
自旋量子数( I ) 1/2 没有外磁场时，其自旋磁距取向是混乱的 在外磁场H0中，它的取向分为两种(2I+1=2) 一种和磁场方向相反，能量较高 (E=μH0) 一种和磁场方向平行，能量较低 ( E= 0)
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 美国Varian公司试制了第一台NMR仪器。
4.2.4 核磁共振图谱
CHCl3
低场
向左
（δ 增大）
磁场强度
向右
（δ 减小）
高场
图3-5 乙醚的氢核磁共振谱
4.3. 氢的化学位移
4.3.1 化学位移
在一固定外加磁场(H0)中，有机物的1H核磁共 振谱应该只有一个峰，即在:
= E / h = · ( 1/2)· H0
分子中各种质子（原子核）由于所处的化学环 境不同，而在不同的共振磁场下显示吸收峰的 现象，称为化学位移，表示：δ/ppm。
核磁共振的条件:
ΔE = h v迴= h v射= hH0/2π 或 v射= v迴= H0/2π
氢谱和碳谱
氢谱和碳谱
氢谱和碳谱是核磁共振（NMR）谱的两种类型，它们在化学和生物化学领域被广泛应用，用于确定有机化合物的结构。
氢谱主要检测的是化合物中氢原子的核磁共振信号。
在氢谱中，不同的氢原子因其所处的化学环境不同，会产生不同的化学位移，从而在谱图上呈现出不同的峰。
通过分析这些峰的位置和强度，可以确定化合物中氢原子的种类和数量，进而推断出化合物的结构。
碳谱则主要检测的是化合物中碳原子的核磁共振信号。
与氢谱类似，碳原子也会因其所处的化学环境不同而产生不同的化学位移。
通过分析碳谱中的峰，可以确定化合物中碳原子的种类和连接方式，从而得到更为详细的分子结构信息。
氢谱和碳谱各有其优点和局限性。
氢谱的灵敏度高，因为氢核的天然丰度很高，而且旋磁比也大，这使得氢谱的信号相对较强。
但是，氢谱的分辨率较低，对于结构复杂的化合物，可能会出现峰的重叠，使得解析变得困难。
碳谱的分辨率较高，可以提供更为详细的结构信息，但是碳谱的灵敏度较低，因为碳核的天然丰度很低。
在实际应用中，氢谱和碳谱通常会结合使用，以得到更为准确和全面的结构信息。
通过比较氢谱和碳谱的数据，可以验证结构推断的正确性，并发现可能存在的错误或遗漏。
氢谱和碳谱是两种重要的核磁共振技术，它们在有机化合物结构确定中发挥着不可替代的作用。
第4章 核磁共振碳谱.
第4章核磁共振碳谱4.1 核磁共振碳谱的特点4.2 核磁共振碳谱的测定方法134.3 C的化学位移4.4 13C NMR的自旋偶合及偶合常数4.5 核磁共振碳谱解析及应用4.6 自旋-晶格弛豫时间( T1 )4.7 二维核磁共振谱4.1 核磁共振碳谱的特点与1H相比：13C的天然丰度低（1.11%），而1H的天然丰度为99.98%；13C的旋磁比只有1H的1/4。
(信号灵敏度与旋磁比的立方成正比)13C的灵敏度只1H的1/6000。
实际操作中需要更多的累积次数（更长的时间）。
13C NMR的化学位移值(δ)范围0~300ppm 没有13C的自旋－自旋偶合。
13C-1H的偶合可以用质子去偶技术控制。
(1H NMR 0~15ppm)。
谱线清晰、特征。
一般为单峰。
13C NMR可直接给出羰基碳、双键碳、叁键碳、季碳原子的吸收信号。
13H NMR不能直接给出相关信息。
可以得到分子骨架结构的信息13C NMR常规谱是质子全去偶谱；NOE效应使质子化碳的信号强度增加；不同的碳，其NOE效应的影响差异很大；如：季碳不能得到完全的NOE效应，信号强度弱。
不能用信号强度来计算不等价碳原子数目。
不同化学环境的13C核，其弛豫时间值相差大（2~3数量级），可用于结构鉴定。
T1数4.2 核磁共振碳谱的测定方法4.2.1 脉冲傅立叶变换法4.2.2 核磁共振碳谱中几种去偶技术4.2.1 脉冲傅立叶变换法脉冲傅立叶变换法，Pulse Fourier Transform，简称PFT法短的射频脉冲；同时激发所有的13C核；傅立叶变换数学处理。
自由感应衰减信号FID；4.2.2 核磁共振碳谱中几种去偶技术为什么要去偶？如何去偶？去偶后如何确定碳为C, CH, CH2, CH3?13C－13C的偶合：13C丰度低，不予考虑13C－1H的偶合：1JCH120~320Hz，有用，但使谱图复杂，难以解析去偶的目的：提高灵敏度、简化谱图。
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1、核自旋分类（用核自旋量子数Ⅰ来描述）
(1) I=0的原子核: 16 O8； 12 C6； 32 S16 无自旋，没有核磁矩，不产生共振吸收
(2) I=1或正整数的原子核: 2H1，14N7 原子的核电荷分布呈现一个椭圆体分布，电荷分布不均
匀，共振吸收复杂，研究应用较少 (3) I=1/2: 1H1，13C6，19F9，31P15
（1）对同一种核 ,为定值, H0变则射频频率变。 1H：1.409 T 共振频率为60MHz 2.3488T 共振频率为100MHz
（2）不同原子核, 不同产生共振条件不同,需要 磁场强度H0和射频频率不同。
（3）固定H0，改变（扫频），不同核在不同频率 处发生共振产生吸收。也可固定，改变H0（扫场） 不同核在不同磁场强度处发生共振产生吸收。
轴与外磁场保持一夹角θ的回旋(摇头旋转），这 种回旋称为核的进动 。进动频率o 与外加磁场关 系可用 Larmor 方程表示：ω(角速度)=2πo=γHO
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回旋轴
0
2
H0
05:56:21
2、核磁共振吸收条件 在外磁场中，原子核能级产生裂分，由低能级向高 能级跃迁时，需要吸收能量。当射频振荡线圈产生
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Ni Nj
exp
Ei E j kT
exp
E kT
exp
h
kT
磁场强度2.3488T；25C；1H的共振频率与分配比
共振频率
2
H0
2.67519108 2.3488 2 3.24
100.00MHz
Ni Nj
exp
6.6261034 100.00106 1.380661023 298
I=3/2：11B5，35Cl17，79Br35， I=5/2：17O8，127I
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这类原子的核电荷分布呈现球体分布，核电荷分布 均匀,并象陀螺一样自旋，有核磁矩产生，对应的 核磁共振波谱图简单明了。自旋量子数 I=1/2原子 核是核磁共振研究的主要内容。例如1H核可看作核 电荷均匀分布的球体，核绕自旋轴转动时，除了产 生核磁矩还会产生一感应磁场，类似于一小磁体。
自旋轴
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右手法则
2、原子核自旋能级分裂 （1）核磁矩的取向：当核置于外磁场H0中时，相 对于外磁场，原子核到底有多少种取向？通常用m （磁量子数）表示,取值范围为I，I-1，…，-I共 （2I+1）种取向。 核磁矩在外磁场空间的取向不 是任意的，是量子化的。这种现象称为核磁矩的空 间量子化。
电磁波的能量（h）等于核能级差△E就会有NMR
（核自旋发生倒转）。
E
h 2
HO
h (电磁波频率)
2
HO,
o
2
HO，
o
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共振条件
(1)核有自旋(磁性核)
(2)外磁场，能级裂分;
(3)照射频率与进动频率相等 0
2
H0
(4)符合跃迁选律： m 1(只能发生在相邻能级间 )
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z
z
z
m=1/2
m=1
m=2
H0
m=1
m=0
m=0
m= -1
m=-1/2
m= -1
m= -2
I = 1/2
I=1
I=2
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（2）核磁矩在外加磁场（Z轴）上的分量μz取决于
角动量在该轴上的分量（Pz），且
Pz
m
h
2
Pz 的取值与m有关，只能取不连续的数值。
由μz=γ×Pz
J J
s K
s1 1 K
0.99984
Ni、Nj分别为高能级（激发态）和低能级（基态） 核的数目，两能级上核数目相差1.610-5；核磁信
号就是靠所多出的低能级核的净吸收而产生的。
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磁核在各能级上的玻尔兹曼分布是热运态平衡。当 低能级的磁核吸收了射频辐射后，被激发至高能级 ，同时给出共振吸收信号。但随着实验的进行，只 占微弱多数的低能级磁核越来越少，最后高、低能 级上的磁核数目相等（饱和），从低到高与从高到 低能级的跃迁的数目相同（体系净吸收为0，共振 信号应消失）。但是上述“饱和”情况并未发生！ 说明必然存在着使低能级上的磁核保持微弱多数的 内在因素，这种内在因素就是核的驰豫过程。
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例：计算在2.3488T磁场中，1H的共振频率。
0
2
H0
2.67519 108 2.3488 2 3.14
(T 1 s1 T )
100 MHz
例：计算1H共振频率为500MHz所需要的Ho。
H0
2
2 3.14 500 106 2.67519 108
11.72T
4.1.3 原子核磁能级上粒子的分布 不同能级上分布核数目可由Boltzmann 定律计算：
E
zH0
m
h
2
H0
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1H :
E1
1
2
h
2
H0,
E 1
12
2
E
h
2
H0
由核能级分裂现象说明，高场强（外磁场强度大） 的仪器比低场强仪器测得的核磁共振信号清晰。
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4.1.2 原子核的磁共振吸收 1、原子核的进动
当带正电荷的、且具有自旋量子数的核绕自旋轴 旋转时则会产生磁场，当这个自旋核置于外磁场中 时，该核的自旋磁场与外加磁场相互作用，使自旋
知，
z
m
h
2
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（3）核能级分裂：若无外磁场，由于核的无序排 列，不同自旋方向的核不存在能级的差别。在外磁 场作用下，核磁矩按一定方向排列，对1H核磁矩有 两种取向，即m=1/2,是顺磁场,能量低；m=-1/2， 逆磁场，能量高。从而产生了能级的分裂现象。每 一种核磁矩取向所对应的能级可通过下面公式求得。
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第四章 核磁共振氢谱
§4.1 核磁共振基本原理 4.1.1 原子核的磁矩
原子核是带电粒子，通过对原子光谱精细结构研
究，发现了核的自旋运动，若原子核存在自旋，就
会产生核磁矩。
p
p h I (I 1)
2
称为磁旋比，每种核都有特定值对于1H1 核，其
值为2.67519108 T-1s-1 ;Ⅰ为自旋量子数。
核磁共振（nuclear magnetic resonance NMR）是 利用物质分子或原子中核的磁性,当它们处在特定 的外磁场下能吸收一定能量的电磁波,记录这种吸 收现象所获得的波谱,就是磁共振谱。由于这种吸 收与核所处的环境有关，所以吸收的特征能反映分 子结构的信息，因此核磁共振波谱是研究分子结构 强有力的工具。本章重点介绍核磁共振的原理、仪 器和应用，主要是1H谱。由于核磁共振主要是利用 物质的磁性，所以本章首先介绍物质的磁性。