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《核磁共振氢谱》PPT课件
各向异性效应
化合物中非球形对称的电子云，如 电子系统，对邻近质 子会附加一个各向异性的磁场，即这个附加磁场在某些区 域与外磁场 B0的方向相反，使外磁场强度减弱，起抗磁性 屏蔽作用，而在另外一些区域与外磁场 B0方向一样，对外 磁场起增强作用，产生顺磁性屏蔽的作用。
通常抗磁性屏蔽作用简称为屏蔽作用，产生屏蔽作用的区 域用“ + 〞表示，顺磁性屏蔽作用也称作去屏蔽作用，去 屏蔽作用的区域用“ -〞表示。
芳烃的各向异性效应
H: 7.3
环外氢受到强的去屏蔽作用: 8.9 ；环内H 在受到高度的屏蔽作用 ，故 : -1.8
双键的各向异性效应
屏蔽
去屏蔽
H
O
R
H: 56
H: 9-10
三键的各向异性效应
三键是一个 键〔sp杂化〕 和两 键组成。sp 杂化形成 线性分子，两对 p 电子相互 垂直，并同时垂直于键轴， 此时电子云呈圆柱状绕键轴 运动。炔氢正好处于屏蔽区 域内，所以在高场共振。同 时炔碳是 sp杂化轨道，C— H 键成键电子更靠近碳，使 炔氢去屏蔽而向低场移动， 两种相反的效应共同作用使 炔氢的化学位移为 2-3 ppm 。
氢化学位移
1. 化学位移值能反映质子的类型以及所处的化学环境，与分子 构造密切相关
2. (TMS)=0 (TMS)=10 =10-
3. 影响化学位移的因素：
4.
= d + p + a + s
5. H核外只有s电子，故d 起主要作用， a 和s对也有一 定的作用。
6.
影响化学位移的因素---诱导效应
X的电负性 4.0 3.5
(ppm) 4.26 3.24
3.1
2.8
04-核磁共振氢谱-总PPT课件
质量数 原子序数 自旋量子数I
偶数
偶数
0
偶数
奇数
1，2，3….
奇数
奇数或偶数 1/2；3/2；5/2….
.
6
表 常见核的核磁共振数据
核 天然丰度% 自旋量子数I 磁矩μ/μ0
1H 99.985
1/2
4.83724
磁旋比
共振频率/MHz
γ / 107rad·s-1·T-1 （H0=2.3488T）
26.7519
三氯乙酸
CCL3COOH
二氧六环
P-C2H6O2
环己烷
C6H12
四氯化碳
CCl4
二硫化碳
CS2
二氯甲烷
CH2Cl2
7.27
76.9
2.05
206,29.1
4.0**
/
2.5
39.6
7.20
128.0
3.34,4.11
49.0
7.18,7.57,8.57 149.9,135.5,123.5
2.31,7.10
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
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。 .
9
讨论:
在1950年，Proctor等研究发现：质子的共振频率与其结 构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移 和裂分，如右图所示。
.
15
表4-3 常见溶剂及其化学位移
名称
分子式
化学位移/ppm*
1H
13C
氯仿-d1
CHCl3- d1
丙酮- d6
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》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
核磁共振氢谱[优质ppt]
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10
高能级与低能级的能量差△E应由下式定:
△E= E (-1/2)- E (+1/2) =(h/2)B0
式中: B0 外加磁场强度
磁矩与外加磁场相反 高能自旋取向
E2 = (+1/2)(h/2)B0 m = +1/2
磁距与外加磁场一致 低能自旋取向 E1 = (-1/2)(h/2)B0 m = -1/2
即：hυ射= γhH0/2π
13
3. 弛豫过程
高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予 环境或其它低能态的核，这个过程称为“弛豫”
前者称为纵向弛豫，也称“自旋--晶格子弛豫” T1 后者称为横向弛豫，也称“自旋---自旋弛豫” T2
14
自旋-晶格弛豫 （spin-lattice Relaxation）
• 晶格泛指环境，即高能态自旋核把能量传给周围环境 （同类分子、溶剂小分子、固体晶格等）转变为热运 动而本身回到低能态维持Boltzmann分布。
• 自旋-晶格弛豫过程的半衰期用T1表示 （T1与样品状 态及核的种类、温度有关）,液体T1～1s，固体或粘度 大的液体T1 很大。
• 自旋-晶格弛豫又称纵向弛豫。
16
二、核磁共振仪
NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电 磁体和超导磁体。 按照射频频率(1H的共振频率)分类，可分为：60， 80，90，100，200，300，400，500，600，700， 900 MHz等。 按照射频源分类，又可以分为：连续波波谱仪(CWNMR)和傅里叶变换波谱仪(PFT-NMR)。
H+
H+
H+
自旋
H+
β
能量较高 ΔE
H+
H+
高能级与低能级的能量差△E应由下式定:
△E= E (-1/2)- E (+1/2) =(h/2)B0
式中: B0 外加磁场强度
磁矩与外加磁场相反 高能自旋取向
E2 = (+1/2)(h/2)B0 m = +1/2
磁距与外加磁场一致 低能自旋取向 E1 = (-1/2)(h/2)B0 m = -1/2
即：hυ射= γhH0/2π
13
3. 弛豫过程
高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予 环境或其它低能态的核，这个过程称为“弛豫”
前者称为纵向弛豫，也称“自旋--晶格子弛豫” T1 后者称为横向弛豫，也称“自旋---自旋弛豫” T2
14
自旋-晶格弛豫 （spin-lattice Relaxation）
• 晶格泛指环境，即高能态自旋核把能量传给周围环境 （同类分子、溶剂小分子、固体晶格等）转变为热运 动而本身回到低能态维持Boltzmann分布。
• 自旋-晶格弛豫过程的半衰期用T1表示 （T1与样品状 态及核的种类、温度有关）,液体T1～1s，固体或粘度 大的液体T1 很大。
• 自旋-晶格弛豫又称纵向弛豫。
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二、核磁共振仪
NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电 磁体和超导磁体。 按照射频频率(1H的共振频率)分类，可分为：60， 80，90，100，200，300，400，500，600，700， 900 MHz等。 按照射频源分类，又可以分为：连续波波谱仪(CWNMR)和傅里叶变换波谱仪(PFT-NMR)。
H+
H+
H+
自旋
H+
β
能量较高 ΔE
H+
H+
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，
《核磁共振氢谱》课件
《核磁共振氢谱》课件课程目标：1. 理解核磁共振氢谱的基本原理2. 学会分析核磁共振氢谱图3. 掌握核磁共振氢谱在有机化学中的应用第一部分：核磁共振氢谱的基本原理1. 核磁共振现象核磁共振的定义核磁共振的产生条件核磁共振的物理过程2. 核磁共振氢谱的化学位移化学位移的定义化学位移的影响因素化学位移的计算方法3. 核磁共振氢谱的耦合常数耦合常数的定义耦合常数的影响因素耦合常数的计算方法4. 核磁共振氢谱的积分强度积分强度的定义积分强度的影响因素积分强度的计算方法第二部分：核磁共振氢谱的解析1. 核磁共振氢谱图的解读谱线的数量和位置谱线的形状和积分强度谱线的耦合情况2. 等效氢的判断等效氢的定义等效氢的判断方法等效氢的例外情况3. 核磁共振氢谱的应用实例简单有机化合物的分析复杂有机化合物的分析手性化合物的分析第三部分：核磁共振氢谱的实验操作1. 核磁共振氢谱的样品制备样品的选择和制备方法样品的纯化和干燥样品的装载和测试2. 核磁共振氢谱的仪器操作核磁共振仪的基本结构核磁共振仪的操作步骤核磁共振氢谱的获取和保存3. 核磁共振氢谱的数据处理核磁共振氢谱的数据分析核磁共振氢谱的峰拟合核磁共振氢谱的定量分析第四部分：核磁共振氢谱的实践练习1. 练习题目简单有机化合物的核磁共振氢谱分析复杂有机化合物的核磁共振氢谱分析手性化合物的核磁共振氢谱分析2. 练习解答分析过程和思路核磁共振氢谱的解析步骤最终答案和讨论总结：核磁共振氢谱是一种重要的有机化学分析方法，通过对氢原子的核磁共振现象进行研究，可以得到有机化合物的结构和性质信息。
通过对核磁共振氢谱的基本原理、解析方法和实验操作的学习，可以更好地理解和应用核磁共振氢谱，为有机化学研究和教学提供有力的工具。
科学性：1. 内容准确：课件中的概念、原理和实验操作应基于有机化学和核磁共振氢谱的现有科学知识，确保无误。
2. 信息更新：课件中所引用的文献和数据应是最新的，以保证教学内容的时效性。
第三章-核磁共振氢谱1-原理-幻灯片
h
⊿E
=
—— 2π
B0
n射
=
B0
——
2π
• 磁场强度与射频频率成正比。 • 仪器的射频频率越大，磁场强度越大，谱图分辨率 越高。
产生NMR条件
（1） I 0的自旋核
（2） 外磁场B0
（3） 与B0相互垂直的射频场B1
n射
=
B0
——
2π
信号
吸 收 能 量
0 低 场 H0 高 场
要满足核磁共振条件，可通过二种方法来实现： • 扫频 — 固定磁场强度，改变射电频率对样品扫描
32S16
• I≠0 : P≠0 ，具有自旋现象。
I＝1/2，核电荷在核表面均匀分布。 核磁共振谱线窄，有利于核磁共振检测。
I=1/2: 1H1 13C6 15N7 19F9 31P15
自旋核在B0场中的进动
当自旋核处在外磁场B0中时，除自旋外(自旋轴的方 向与 一致)，还会绕B0进动,称Larmor进动，类似
• 在核磁共振实验中，由于原子核所处的电子环境 不同，而具有不同的共振频率。 NMR信号包含许多共振频率的复合信号,分析困难。
• 傅立叶转换(FT)：将时域信号转换成频域信号。 在频域信号的图谱中,峰高包含原子核数目的信息, 位置则揭示原子核周围电子环境的信息。
FT
time
frequency
• 在PFT-NMR中，增设脉冲程序控制器和数据采集及处理系统。 • 脉冲发射时，待测核同时被激发，脉冲终止时，启动接收系统， 被激发的核通过弛豫过程返回。 • 有很强的累加信号的能力，信噪比高（600：1），灵敏度高， 分辨率好（0.45Hz)。
于陀螺在重力场中的进动。
旋进轨道
自旋轴
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h
P= 2 I(I+1)·
式中: h为普朗克常数 自旋不为0的原子核,都有磁矩,用μ表示, 磁矩随角动量增加成正比增加.
μ= r·P
式中r 为磁旋比, 不同的核具有不同的磁旋比。
演示课件
NMR技术是观察原子序数或其质量数为奇数的原子核自旋的手 段。质子是最简单的原子核，它的原子序数是奇数且最小为1， 可以自旋。自旋的质子相当于带正电荷的小球在旋转运动中产 生磁场。
H+ H+
H+
H+
H+ H+
自旋
H+
β
能量较高
ΔE
B0
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 演示课件
若将自旋核放入磁场为H0 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, 按 照量子力学原理有m=2 I +1个取向。 对于氢核I =1/2, 即有m=2个取向, m=+1/2, m= -1/2两种取向, 即当自旋取向与外加磁场一致时, m=+1/2, 氢核处于一种低能级状态. (E1=－μz B0 ), 相反时m= -1/2时, 则处于一种高能级状态(E2=＋μz B0 )
2.核磁共振
如果以射频照射处于外磁场H0 中的核,且照射频 率υ恰好满足下列关系时
hυ= △E 或 υ= ( /2)B0 处于低能级的核将吸收射频能量而跃迁至高能 级, 这种现象称为核磁共振现象。 由上式可知, 一个核的跃迁频率与磁场强度B0 成正比, 使1H 核发生共振，由自旋m = ½取向变成m = -1/2 的取向。应供给△E 的电磁波(射频)。照射频率 与外加磁场强度成正比。
演示课件
1H 的核磁共振（ 1H NMR）
a. 无外加磁场，H0=0时，两自旋态的能量相同ms=±1/2。 b. 有外加磁场，H0≠0，两自旋态的能量不同：
1H 自旋产生的磁矩与H0同向平行，为低能态； 1H 自旋产生的磁矩与H0反向平行，为高能态。 两能级之差：ΔE=γhH0/2π c. 核磁共振的条件：E射=△E，
分布, 它们的核磁共振现象较为简单。有 1H1，13C6，15N7， 19F9， 31P15 等。 原子核有自旋现象, 则有磁矩, 在磁场中能够受磁场作用, 能发 生核磁共振现象; 原子核无自旋现象, 则无磁矩, 不能发生核 磁共振现象.
演示课件
1. 核的自旋运动
一些原子核有自旋现象, 因而具有自旋角动量P, I和P的关系 为:
演示课件
组成：磁铁、射频发生器、检测器、放大器、记录仪（放大器）、样品管
脉冲频率发射器
演示课件
高能级与低能级的能量差△E应由下式定:
△E= E (-1/2)- E (+1/2) =(h/2)B0
式中: B0 外加磁场强度
磁矩与外加磁场相反 高能自旋取向
E2 = (+1/2)(h/2)B0 m = +1/2
演示课件
磁距与外加磁场一致 低能自旋取向
E1 = (-1/2)(h/2)B0 m = -1/2
第三章 核磁共振氢谱
(1H Nuclear Magnetic Resonance Spectra,1H NMR)
演示课件
核磁共振波谱法是吸收光谱的一种，用适宜的频率的电 磁波照射置于强磁场下的原子核（使其能级发生分裂）。当 核吸收的能量与核能级差相等时，就会发生核能级的跃迁， 同时产生核磁共振信号，从而得到一种吸收光谱的核磁共振 波谱，以这种原理建立的方法称核磁共振波谱法。
即：hυ射= γhH0/2π
演示课件
3. 弛豫过程
高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予 环境或其它低能态的核，这个过程称为“弛豫”
前者称为纵向弛豫，也称“自旋--晶格子弛豫” T1 后者称为横向弛豫，也称“自旋---自旋弛豫” T2
演示课件
自旋-晶格弛豫 （spin-lattice Relaxation）
核磁共振波谱法是结构分析的重要工具之一，经常使 用的是1H和13C 的共振波谱。 核磁共振波谱中最常用的氢谱将提供： 1. 分子中不同种类氢原子有关化学环境的信息 2. 不同环境下氢原子的数目 3. 每个氢原子相邻的基团的结构
演示课件
δ / ppm
溴乙烷的1H NMR (400 MHz)
演示课件
异丙苯的1H NMR (400 MHz)
• 晶格泛指环境，即高能态自旋核把能量传给周围环境 （同类分子、溶剂小分子、固体晶格等）转变为热运 动而本身回到低能态维持Boltzmann分布。
• 自旋-晶格弛豫过程的半衰期用T1表示 （T1与样品状 态及核的种类、温度有关）,液体T1～1s，固体或粘度 大的液体T1 很大。
• 自旋-晶格弛豫又称纵向弛豫。
演示课件
自旋-自旋弛豫 （spin-spin Relaxation）：
• 高能态核把能量传给同类低能态的自旋核，本身回到 低能态，维持Boltzmann分布。结果是高低能态自旋 核总数不变。
• 自旋-自旋弛豫过程的半衰期用T2表示。 • 液体1s， 固体或粘度大的液体，T2很小，10-
4～10-5s
A Z
X
A为偶数，Z为奇数， ms=1，2，3…整数 A为奇数，Z为奇或偶数， ms=1/2，3/2，
5/2…半整数
当ms≠0时，原子核的自旋运动有NMR讯号。
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由自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系可知： 原子质
量数和原子序数均为偶数的核,自旋量子数ms =0, 即没有自旋 现象; 当自旋量子数ms =1/2时, 有自旋现象, 核电荷呈球型
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二、核磁共振仪
NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电 磁体和超导磁体。 按照射频频率(1H的共振频率)分类，可分为：60， 80，90，100，200，300，400，500，600，700， 900 MHz等。 按照射频源分类，又可以分为：连续波波谱仪(CWNMR)和傅里叶变换波谱仪(PFT-NMR)。
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丁酸的1H NMR（400 MHz）
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一、核磁共振基本原理
原子核除具有电荷和质量外, 许多原子核还具有自旋现
象。通常用自旋量子数 I或ms表示, 原子的质量数 A 表 示，及原子序数 Z 表示。
原子核的自旋
原子核的自旋量子数：ms 与原子的质量数和原子序数之间的关系：
A、Z均为偶数，ms=0
P= 2 I(I+1)·
式中: h为普朗克常数 自旋不为0的原子核,都有磁矩,用μ表示, 磁矩随角动量增加成正比增加.
μ= r·P
式中r 为磁旋比, 不同的核具有不同的磁旋比。
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NMR技术是观察原子序数或其质量数为奇数的原子核自旋的手 段。质子是最简单的原子核，它的原子序数是奇数且最小为1， 可以自旋。自旋的质子相当于带正电荷的小球在旋转运动中产 生磁场。
H+ H+
H+
H+
H+ H+
自旋
H+
β
能量较高
ΔE
B0
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 演示课件
若将自旋核放入磁场为H0 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, 按 照量子力学原理有m=2 I +1个取向。 对于氢核I =1/2, 即有m=2个取向, m=+1/2, m= -1/2两种取向, 即当自旋取向与外加磁场一致时, m=+1/2, 氢核处于一种低能级状态. (E1=－μz B0 ), 相反时m= -1/2时, 则处于一种高能级状态(E2=＋μz B0 )
2.核磁共振
如果以射频照射处于外磁场H0 中的核,且照射频 率υ恰好满足下列关系时
hυ= △E 或 υ= ( /2)B0 处于低能级的核将吸收射频能量而跃迁至高能 级, 这种现象称为核磁共振现象。 由上式可知, 一个核的跃迁频率与磁场强度B0 成正比, 使1H 核发生共振，由自旋m = ½取向变成m = -1/2 的取向。应供给△E 的电磁波(射频)。照射频率 与外加磁场强度成正比。
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1H 的核磁共振（ 1H NMR）
a. 无外加磁场，H0=0时，两自旋态的能量相同ms=±1/2。 b. 有外加磁场，H0≠0，两自旋态的能量不同：
1H 自旋产生的磁矩与H0同向平行，为低能态； 1H 自旋产生的磁矩与H0反向平行，为高能态。 两能级之差：ΔE=γhH0/2π c. 核磁共振的条件：E射=△E，
分布, 它们的核磁共振现象较为简单。有 1H1，13C6，15N7， 19F9， 31P15 等。 原子核有自旋现象, 则有磁矩, 在磁场中能够受磁场作用, 能发 生核磁共振现象; 原子核无自旋现象, 则无磁矩, 不能发生核 磁共振现象.
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1. 核的自旋运动
一些原子核有自旋现象, 因而具有自旋角动量P, I和P的关系 为:
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组成：磁铁、射频发生器、检测器、放大器、记录仪（放大器）、样品管
脉冲频率发射器
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高能级与低能级的能量差△E应由下式定:
△E= E (-1/2)- E (+1/2) =(h/2)B0
式中: B0 外加磁场强度
磁矩与外加磁场相反 高能自旋取向
E2 = (+1/2)(h/2)B0 m = +1/2
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磁距与外加磁场一致 低能自旋取向
E1 = (-1/2)(h/2)B0 m = -1/2
第三章 核磁共振氢谱
(1H Nuclear Magnetic Resonance Spectra,1H NMR)
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核磁共振波谱法是吸收光谱的一种，用适宜的频率的电 磁波照射置于强磁场下的原子核（使其能级发生分裂）。当 核吸收的能量与核能级差相等时，就会发生核能级的跃迁， 同时产生核磁共振信号，从而得到一种吸收光谱的核磁共振 波谱，以这种原理建立的方法称核磁共振波谱法。
即：hυ射= γhH0/2π
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3. 弛豫过程
高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予 环境或其它低能态的核，这个过程称为“弛豫”
前者称为纵向弛豫，也称“自旋--晶格子弛豫” T1 后者称为横向弛豫，也称“自旋---自旋弛豫” T2
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自旋-晶格弛豫 （spin-lattice Relaxation）
核磁共振波谱法是结构分析的重要工具之一，经常使 用的是1H和13C 的共振波谱。 核磁共振波谱中最常用的氢谱将提供： 1. 分子中不同种类氢原子有关化学环境的信息 2. 不同环境下氢原子的数目 3. 每个氢原子相邻的基团的结构
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δ / ppm
溴乙烷的1H NMR (400 MHz)
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异丙苯的1H NMR (400 MHz)
• 晶格泛指环境，即高能态自旋核把能量传给周围环境 （同类分子、溶剂小分子、固体晶格等）转变为热运 动而本身回到低能态维持Boltzmann分布。
• 自旋-晶格弛豫过程的半衰期用T1表示 （T1与样品状 态及核的种类、温度有关）,液体T1～1s，固体或粘度 大的液体T1 很大。
• 自旋-晶格弛豫又称纵向弛豫。
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自旋-自旋弛豫 （spin-spin Relaxation）：
• 高能态核把能量传给同类低能态的自旋核，本身回到 低能态，维持Boltzmann分布。结果是高低能态自旋 核总数不变。
• 自旋-自旋弛豫过程的半衰期用T2表示。 • 液体1s， 固体或粘度大的液体，T2很小，10-
4～10-5s
A Z
X
A为偶数，Z为奇数， ms=1，2，3…整数 A为奇数，Z为奇或偶数， ms=1/2，3/2，
5/2…半整数
当ms≠0时，原子核的自旋运动有NMR讯号。
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由自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系可知： 原子质
量数和原子序数均为偶数的核,自旋量子数ms =0, 即没有自旋 现象; 当自旋量子数ms =1/2时, 有自旋现象, 核电荷呈球型
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二、核磁共振仪
NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电 磁体和超导磁体。 按照射频频率(1H的共振频率)分类，可分为：60， 80，90，100，200，300，400，500，600，700， 900 MHz等。 按照射频源分类，又可以分为：连续波波谱仪(CWNMR)和傅里叶变换波谱仪(PFT-NMR)。
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丁酸的1H NMR（400 MHz）
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一、核磁共振基本原理
原子核除具有电荷和质量外, 许多原子核还具有自旋现
象。通常用自旋量子数 I或ms表示, 原子的质量数 A 表 示，及原子序数 Z 表示。
原子核的自旋
原子核的自旋量子数：ms 与原子的质量数和原子序数之间的关系：
A、Z均为偶数，ms=0