核磁共振波谱名词解释
核磁共振波谱法详解
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• 以有机溶剂溶解样品时，常用四甲基硅烷（TMS）为标准物； • 以重水为溶剂溶解试样时，可采用4，4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠
↗
核一定 ( 一定)，H0↗，
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↗
1H的 2.67519 108T -1 S-1
H0 = 1.4092 T (Tesla) 1T = 104 高斯（Gauss）
则 2.67519 108 1.4092 60MHz 2
13C的 6.72615 107T -1 S-1
15.1MHz
如:
H C 13
6
1 1
19 9
F
I 1 的核为主要研究对象。
2
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⑶ 偶-奇核
质量数为偶数，电荷数为奇数的核。
I = 1，2，3…（整数）
D 如： 2 1
14 7
N
也有自旋现象，但研究较少。
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2．核磁矩( )
原子核有自旋现象，因而有自旋角动量：
P h I (I 1) 2π
每一相邻水平台阶高度则取决于引起该吸收的氢核数目。
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例14-3 计算图14-17中a、b、c、d各峰的氢核数目。
图14－17 C4H7BrO2的1H-NMR图谱
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测量各峰的积分高度，a为1.6cm，b为 1.0cm，c为0.5cm，d为0.6cm。
氢分布可采用下面两种方法求出。
核磁共振波谱法
) B′ = Bo −σBo = Bo (1 −σ
去屏蔽区， 去屏蔽区，低场
屏蔽区， 屏蔽区，高场
去屏蔽区， 去屏蔽区，低场
16
自旋－ 自旋－自旋裂分
将质子看作一个 自旋的小磁体
两峰之间的距离称为偶合常数J（单位 ），一般在1－ ），一般在 两峰之间的距离称为偶合常数 （单位Hz），一般在 －20Hz之 之 不随外加磁场强度的变化而改变。 间。不随外加磁场强度的变化而改变。 若核磁共振图谱中的两峰之间的距离随Bo改变而改变， 若核磁共振图谱中的两峰之间的距离随 改变而改变，则可判 改变而改变 定它们是由两个化学位移不同的核给出的信号；若不随Bo改变 改变， 定它们是由两个化学位移不同的核给出的信号；若不随 改变， 则是由自旋－自旋偶合裂分造成的。 则是由自旋－自旋偶合裂分造成的。
7
核的进动频率 Larmor进动 进动——在外加磁场 进动 在外加磁场 中的原子核， 中的原子核 ， 本身自旋产生 的磁场将与外加磁场相互作 结果使核除自旋以外， 用 ， 结果使核除自旋以外 ， 还存在一个以外加磁场为轴 线的回旋运动 。
ωo = 2 πν =γBo o
γ Bo νo = 2π
E = −μcosθBo = −μz Bo ·
核磁共振波谱法 (nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR) 核磁共振波谱法： 核磁共振波谱法：研究处于强磁场中的具有磁性质
核磁波谱解析
核磁波谱解析一、核磁共振原理核磁共振（NMR）是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
在磁场中，原子核发生能级分裂，当吸收的能量等于分裂的两个能级差时，原子核就从低能级跃迁到高能级，这种现象称为核磁共振。
二、核磁共振仪器核磁共振仪器由磁体、射频脉冲发生器、射频接收器、数据处理系统和谱图记录仪组成。
其中，磁体是产生磁场的核心部件，一般采用超导磁体。
射频脉冲发生器和接收器负责产生和接收射频脉冲，同时对样品进行激励和解激。
数据处理系统则是对采集到的数据进行处理和分析的关键设备。
三、脉冲序列设计脉冲序列是控制射频脉冲的时序，用于激发样品中的原子核发生共振。
脉冲序列设计需要考虑多个因素，如脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲相位等。
合理的脉冲序列设计可以提高谱图的分辨率和灵敏度。
四、谱峰解析与化合物鉴定谱峰解析是通过对比已知的化学位移和耦合常数等信息，对未知样品中的化学组分进行鉴定。
化合物鉴定的基本步骤包括：对未知化合物的谱图进行预处理；通过对比标准谱图数据库或计算预测等方法确定化学位移和耦合常数；利用化学位移和耦合常数等信息对未知化合物进行结构鉴定。
五、定量分析方法定量分析是通过测量谱图中信号强度来确定样品中各组分的含量。
在定量分析中，需要先对样品进行标样处理，即加入已知量的标准品，然后在同一条件下进行测量，通过对比标准品和未知样品的信号强度来确定未知样品中各组分的含量。
六、谱图解析技巧谱图解析需要掌握一定的技巧和方法。
首先，要了解各种不同类型的谱图的特点和适用范围；其次，要掌握谱图解析的基本步骤和技巧，如先观察谱图的基线、各峰的形状、强度等信息，再结合样品的性质和来源进行分析；此外，还需要了解各种干扰因素对谱图的影响，如噪音、溶剂干扰等。
七、复杂谱图解析实例复杂谱图解析需要结合实际例子进行分析。
例如，对于一个未知化合物的复杂谱图，可以通过对比标准谱图数据库或计算预测等方法确定化学位移和耦合常数等信息，再利用这些信息对未知化合物进行结构鉴定。
核磁共振波谱法详细解析
递给邻近低能态同类磁性核的过程
.
21
*2. 共振吸收条件
1)h0 Eh2 H 0h ν0＝ν
➢ 即照射的无线电波的频率必须等于核进动频率， 才能发生核自旋能级跃迁。
➢ 实现核磁共振就是改变照射频率或磁场强度。
例：氢(1H)核：H0=1.4092T, ν=60MHz，吸收
ν0=60MHz无线电波，核磁矩由顺磁场 (m=1/2)跃
TMS 60MHz
10 9.0
（低场）
8.0 7.0
6.0 5.0
ν0 固定
4.0 3.0 2.0
1.0 0ppm (δ)
（高场）
✓ 左端为低场高频，右端为高场低频
.
26
二、化学位移
1. 定义：由于屏蔽效应的存在，不同化学环境 H
核共振频率不同
2. 表示方法
样 标 16 0 16,0＝ H 样 H 标 160
（二）原子核的共振吸收
1. 进动
z
Larmor 方程：
2
H0
θ
0 陀螺的进动
➢ ①外加磁场H0↑, ↑
➢ ② ↑, ↑
.
原子核
原子核的进动
17
共振吸收与弛豫
.
18
②m=1, 跃迁只能发生在两个相邻能级间
I1核 I 1核 mI mI12m12（低能12核 12,12 核 m,m=+m=-1对0m与m于212I1,之m（高能1的对 m间核发12、生12m，于 112,不20,12能I1,跃发,迁生1m与只在-11能之的 在1间与0 核12 、m1,0,1,跃迁只能在 1 对对于于 态I ）I11的 1的 态0核 与 ）核、m、 1之 m1间,10,,0发 ,1,生 1跃 ,跃， 迁迁不 只只能 能能发 在 1与 在 1与 生 10与0在-1之 0与 0与1之 1之间间发发生生，，不不能能发发生 1与 生 1与 在-在 1-之1之间间
磁共振波谱
磁共振波谱(MR Spectroscopy，MRS) 是医学影像学近年来发展的新的检查手段，作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。
1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。
MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论。
本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。
在理想均匀的磁场中，同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。
事实上，当频率测量精度非常高时会发现，即使同一种核处在相同磁场中，它们的共振频率也不完全相同，而是在一个有限的频率范围内。
这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用，它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度，其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示，被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB，与外加磁场方向相反。
外加磁场越强sB越大，原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。
此外，s还与核的特性和化学环境有关。
核的化学环境指核所在的分子结构，同一种核处在不同的分子中，甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中，它周围的电子数和电子的分布将有所不同。
因而，受到电子的磁屏蔽作用的程度不同，如图1所示。
考虑到电子的磁屏蔽作用，决定共振频率的拉莫方程应表示为:w=gBeff=gB0(1-s)由上式可知，在相同外加磁场作用下，样品中有不同化学环境的同一种核，由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同，它们将具有不同的共振频率。
如在MRS中，水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同，这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。
核磁共振波谱
核磁共振波谱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当ms≠0时，原子核的自旋运动有NMR讯号。
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= (γ /2π)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。
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=γhH0/2πc. 核磁共振的条件：E射=△E，即：hυ射= γhH0/2π3. 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” T2NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电磁体和超导磁体。
三、化学位移1.化学位移的产生在外磁场作用下,核外电子会产生环电流,并感应产生一个与外磁场方向相反的对抗磁场，这种对抗磁场的作用被称为电子屏蔽效应。
σ与核外的电子密度及所处的化学环境有关, 电子云密度越大, 屏蔽程度越大, σ值也越大, 我们把在一定照射频率下，处于不同化学环境的有机化合物中不同质子, 产生NMR的磁场强度不同的现象称为“化学位移”。
δ的单位为ppm，以此得到的化学位移与仪器条件无关。
核磁共振波谱
1:3:3:1 1:1
ii) 某组化学等价的氢核，分别与n个和m个磁 不等价的氢核（或I=1/2的核）偶合, 则裂分为 (n+1)(m+1)个峰
Hb Ha Hc Hb C C C Br
Hb Ha Hc
Jba Jca
Jca Jba
3.磁各向异性效应
双键的π电子产生诱导 磁场，与外磁场方向一 致，共平面的质子处于 去屏蔽区，δ增大。
叁键π电子产生诱导磁场，形 成的π电子环流导致共平面的 H处于屏蔽区，δ比乙烯中的 H小。
苯环上的6个电子分子平面的 上下方，产生较强的诱导磁场， 形成的π电子环流导致苯环上 的H处于去屏蔽区，δ增大。
H=（1- ）H0
2(1)H0
：屏蔽常数 屏蔽效应越大, 越大。
化学位移: 由屏蔽作用引起的核磁共振吸收位置 (磁场强度或共振频率)的移动。
2 化学位移的表示方法
H0样 品 H0标 准 106
H0标 准
样品标准106 标 准
没有完全裸露的氢核，没有绝对的标准
氢谱的标准物质
CH3
H3C Si CH3
共同点都是吸收光谱
吸收 能量
跃迁 类型
紫外-可见
紫外可见光 200~750n
m
红外
红外光 750nm~100
0m
核磁共振
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
电子能级跃 振动能级跃 自旋原子核发生
迁
迁
能级跃迁
13.1核磁共振基本原理
13.1.1 原子核的自旋和磁矩
讨论
在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其 结构（化学环境）有关。
波谱解析名词解释
1.强带:吸光系数大于10000的吸收峰2.弱带：吸光系数小于1000的吸收峰3.发色团：分子结构中含有π电子的基团4.助色团：含有非成键n电子的杂原子饱和基团，其本身在紫外可见光吸收范围内不产生吸收，但当它们与生色团或饱和烃相连时，能使该生色团的吸收峰红移，并使吸收强度增加的基团。
5.红移：亦称长移。
由于化合物结构的改变，如发生共轭作用，引入助色团以及溶剂改变等，使吸收峰向长波方向移动。
6.蓝移：亦称短移。
当化合物结构改变时或受溶剂影响，吸收峰向短波方向移动。
7.增色效应：浓色效应。
由于化合物结构改变或其他原因吸收强度增加。
8.减色效应：淡色效应。
由于化合物结构改变或其他原因吸收强度减弱。
9.B带：苯环的π-π跃迁所产生的吸收带，是芳香族化合物的特征吸收。
出现区域为230-270nm,吸光系数约为220，中心在258nm. 10.E带：苯环烯键π电子π-π跃迁所产生的吸收带。
E1带吸收峰出现在184nm,强吸收，E2带为共轭烯键π-π跃迁所产生的吸收带，吸收峰出现在203nm.中等强度。
11.波长极限：紫外中使用溶剂时的最低波长限度，低于此波长，溶剂有吸收。
1.基频峰：从基态跃迁到第一激发态时所引起的吸收峰。
2.倍频峰：从基态直接跃迁到第二激发态时所引起的吸收峰。
3.红外光谱中峰数少于基本振动数目的原因：（1）振动过程不发生瞬间偶极矩变化；（2）频率相同，互相兼并；（3）强峰覆盖弱峰；（4）吸收峰落在中红外区外（4000-400）；（5）峰强太弱，无法测定。
4.振动耦合：当两个相同的基团在分子中靠的很近，其相应的特征吸收峰常发生裂分，形成两个峰，这种现象叫做振动耦合。
5.费米共振：当倍频峰（或组频峰）位于某强的基频峰附近时，倍频峰的吸收强度常被大大强化（或发生峰带裂分），这种倍频与基频之间发生的振动耦合称为费米共振。
三、核磁共振1.饱和：低能级核全部向高能级跃迁，不再吸收能量，核磁共振信号逐渐衰退，直至完全消失，这种状态叫做饱和。
核磁共振波谱法
核磁共振波谱法核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR ）NMR是研究原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。
1简史核磁共振现象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人发现。
目前核磁共振迅速发展成为测定有机化合物结构的有力工具。
目前核磁共振与其他仪器配合，已鉴定了十几万种化合物。
70年代以来，使用强磁场超导核磁共振仪,大大提高了仪器灵敏度,在生物学领域的应用迅速扩展。
脉冲傅里叶变换核磁共振仪使得13C、15N等的核磁共振得到了广泛应用。
计算机解谱技术使复杂谱图的分析成为可能。
测量固体样品的高分辨技术则是尚待解决的重大课题。
2简介在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能级差约为25′10-3J)，当吸收外来电磁辐射(10-9-10-10nm,4-900MHz)时，将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR 现象。
射频辐射─原子核(强磁场下，能级分裂)-----吸收──能级跃迁──NMR，与UV-vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。
1924年Pauli预言了NMR的基本理论：有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂；1946年，Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖；1953年Varian开始商用仪器开发，并于同年做出了第一台高分辨NMR仪。
1956年，Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。
核磁共振现象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人发现。
核磁共振迅速发展成为测定有机化合物结构的有力工具。
核磁共振波谱法(NMR)
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 磁场强度 0.9400 特斯拉
60
1.4092
100
2.3500
200
4.7000
300
7.1000
500
11.7500
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）
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
1, 2, 3, --- 自旋惰球体
有
2H, 10B, 14N
1. I=0 的原子核O（16）；C（12）；S（32）等 ，无自旋， 无磁性，称为非磁性核，这类核不会发生核磁共振。不产生 共振吸收。
CD3COCD3 CDCl3 CD2Cl2 CD3CN C6D6 D2O (CD3CD2)2O (CD3)2O (CD3)2NCDO CD3SOCD3 CD3CD2OD CD3OD C4D8O C6D5CD3 C5D5N C6H12
核磁共振波谱主要参数
用于结构分析的主要参数有化学位移， 自旋偶合常数，信号强度（峰面积）。
磁共振波谱分析
磁共振波谱分析摘要:磁共振波谱（MRS）是一种新的脑功能检查技术和唯一无创性检测活体组织器官能量代谢、生化改变和特定化合物定量分析的技术。
MRS是在MRI形态学诊断的基础上，从代谢方面对病变进一步研究。
【MRS的定义与基本原理】磁共振波谱（MRS）是一种新的脑功能检查技术和唯一无创性检测活体组织器官能量代谢、生化改变和特定化合物定量分析的技术。
MRS是在MRI形态学诊断的基础上，从代谢方面对病变进一步研究。
MRS的原理在某些方面与MRI相同，要求短的射频脉冲以激励原子核，采集到的信号称为自由感应衰减信号，将这种信号通过傅立叶转换变成波谱。
MRS成像的基本原理是依据化学位移和J-耦合两种物理现象。
由于化学位移不同，不同化合物可以根据其在MRS上共振峰的位置不同加以区别。
化学位移采用磁场强度的百万分之一为单位（part per million，ppm）。
共振峰的面积与共振核的数目成正比，反映化合物的浓度，因此可用来定量分析。
峰值在横轴上的位置代表物质的种类，波峰的高度或波峰下的面积代表物质的数量，化合物的含量亦可用图谱色阶表示。
【人脑常见的代谢物及其意义】1.N-乙酰天门冬氨酸（NAA）在正常脑1HMRS中NAA是最高的峰，位于2.02ppm。
它主要存在于成熟的神经元内，是神经元的内标物，其含量的多少可反映神经元的功能状态。
NAA含量的降低代表神经元的缺失。
肿瘤、多发性硬化、梗死、缺氧、神经细胞变性疾病、代谢性疾病及脱髓鞘疾病等均可引起NAA浓度的下降；不含神经元的脑部肿瘤（如脑膜瘤、转移瘤）MRS显示NAA缺失。
在婴儿脑发育、成熟过程中以及神经损伤后轴索恢复中NAA会升高。
Canavan病（中枢神经系统海绵状变性）是唯一可以引起NAA增高的疾病，是由于该病人体内缺乏NAA水解酶。
2.胆碱（Cho）包括磷酸胆碱、磷脂酰胆碱及磷酸甘油胆碱，反映脑内总胆碱储备量，波峰位于3.2ppm。
Cho是乙酰胆碱和磷脂酰胆碱的前体，是细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成与代谢，Cho峰的高低可以作为肿瘤细胞增殖的指标。
波谱名解
波谱解析名解核磁共振：原子核的磁共振现象，只有当把原子核置于外加磁场中并满足一定外在条件时才能产生。
化学位移：将待测氢核共振峰所在位置与某基准物氢核共振峰所在位置进行比较，其相对距离称为化学位移。
磁各向异性效应：在诸如有乙烯，苯，乙炔结构的分子中，因为分子内部所产生的对抗外加磁场的感应磁场，对分子中各个原子的影响各不相同，即在空间上表现出各向异性，导致分子中受其影响的核的化学位移偏移的效应。
弛豫:通过无辐射的释放能量的途径核由高能态向低能态的过程。
自旋-自旋弛豫：是指一些高能态的自旋核把能量转移给同类的低能态核，同时一些低能态核获得能量跃迁到高能态的过程。
自旋-晶格弛豫：是处于高能态的核自旋体系与其周围的环境之间的能量交换过程，其结果是部分核由高能态回到低能态，核的整体能量下降。
屏蔽效应：由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。
去屏蔽效应：两个原子或基团，虽然距离几根化学键，但空间距离接近，小于范德华半径，电子云相互排斥，产生去屏蔽效应。
溶剂效应：同一样品采用不同溶剂，化学位移发生变化的现象。
远程耦合：间隔三根以上的化学键的偶合称远程耦合。
自旋偶合：是磁性核与邻近磁性核之间的相互作用。
是成键电子间接传递的，不影响磁性核的化学位移。
自旋裂分：因自旋偶合而引起的谱线增多现象称为自旋裂分。
自旋去偶：应用核磁双共振方法消除核间自旋耦合的相互作用的技术。
磁旋比：是核磁矩与自旋角动量之间的比例常数，也是原子核的一个重要特性常数。
位移试剂：在含氧或含氮化合物中，某些质子信号，如醇、胺、酮、醚、酯等的信号，可因加入特殊的化学试剂而发生位移。
双共振：双共振，指同一体系中的两个不同的共振核都被激发起来的现象。
NOE效应：两个不同类型质子位于相近的空间距离时，照射其中一个质子会使另一个信号强度增强，这种现象称为核的Overhauser效应。
分析化学核磁共振波谱法
二、原子核的自旋能级和共振吸收
（一）核自旋能级分裂
无外磁场时，核磁矩的取向是任意的，若将原子核置
于磁场中，则核磁矩可有不同的排列，共有 2I+1 个取 向。
以磁量子数 m (magnetic quantum number)来表示每一
种取向，则
m =I，I－1，I－2，…，－I+1，－I
Hale Waihona Puke 第11页，本讲稿共178页
第三节 化学位移
一、屏蔽效应
根据共振吸收条件 0 ，1H在1.4092T
的磁场中，只吸收60MHz的电磁波，发生自 旋能级跃迁，产生NMR信号。但是，实验发 现，不同化学环境的氢核，所吸收的频率 稍有差异。
第49页，本讲稿共178页
苯丙酮 1H-NMR
第50页，本讲稿共178页
分析化学核磁共振波 谱法
第1页，本讲稿共178页
第十四章 核磁共振波谱法
核磁共振：
（nuclear magnetic resonance；NMR）
在外磁场的作用下，具有磁矩的原子核存在着 不同能级，当用一定频率的射频照射分子时，可引 起原子核自旋能级的跃迁，即产生核磁共振。
第2页，本讲稿共178页
信号消失。用强射频波照射样品时，NMR信号消失
即此原因。
弛豫历程所需时间称为弛豫时间，是NMR的参数 之一，在碳谱中很重要。
第34页，本讲稿共178页
1．自旋－晶格弛豫
处于高能态的核自旋体系将能量传递给周围环 境（晶格或溶剂），自己回到低能态的过程， 称为自旋－晶格弛豫，也称为纵向弛豫。
弛豫过程所需的时间用半衰期 T1 表示， T1 是高能态寿命和弛豫效率的量度，T1 越小
第45页，本讲稿共178页
简单认识磁共振波谱（MRS）
简单认识磁共振波谱（MRS）
磁共振波谱（MR spectroscopy，MRS）是⽬前唯⼀能⽆创伤地探测活体组织化学特性的⽅法。
磁共振波谱研究⼈体细胞代谢的病理⽣理改变，⽽常规MRI则是研究⼈体器官组织⼤体形态的病理⽣理改变，但⼆者的物理学基础都是核共振现象。
正常⼈的脑MRS
MR波谱变化可反映神经元⽣长分化，脑能量代谢和髓鞘分化⽡解过程改变。
通过定量分析脑组织代谢产物的MRS，可了解脑组织的发育成熟度，同时也提⽰我们在观察病理性波谱时，应考虑到年龄相关性变化。
在许多疾病中，代谢改变先于病理形态改变，⽽MRS对这种代谢改变的潜在敏感性很⾼，故能提供信息以早期检测病变。
正常⼈有很⾼的NAA/Cr值，NAA下降提⽰神经元的缺失和破坏。
Cho和Cr在神经元和神经胶质细胞内均被发现，但细胞研究证明，星形胶质和少突胶质细胞内Cho和Cr含量明显⾼于神经元，故Cho和 Cr增加提⽰有神经胶质增⽣。
由于NAA减少或Cho、Cr增加，导致了 NAA/（Cho ＋Cr）上值降低，上值常作为反映神经元功能的指标。
磁共振波谱学的名词解释
磁共振波谱学的名词解释磁共振波谱学是一门运用核磁共振技术进行物质分析的学科。
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种基于原子核核磁矩与外加磁场相互作用的物理现象，从而产生特定频率的幅度及相位变化。
磁共振波谱学则是通过测量和分析这种频率变化，来获取有关物质组成和结构特征的信息。
在磁共振波谱学中，一个关键的概念是共振。
共振是指原子核在特定的磁场中，受到一系列不同频率的射频辐射而发生能级跃迁，从而吸收或发射特定频率的电磁辐射。
这些频率信息可以通过经典物理中的共振条件来解释：当磁场的大小等于某个特定频率所需的能级跃迁能量差时，共振发生。
这一现象被用于磁共振波谱学中，通过测量共振频率来获取关于样品的结构和性质的信息。
在磁共振波谱学中，最常用的技术是核磁共振波谱（NMR spectroscopy）。
核磁共振波谱可用于分析各种化合物，包括有机化合物、生物分子和无机物质等。
这是因为核磁共振技术可以提供高分辨率和高灵敏度的信号，从而可以准确测量样品中不同核的共振频率，并将其与已知的标准物质进行比较，以确定分子的结构和化学环境。
除了核磁共振波谱，还存在其他类型的磁共振波谱学技术，如电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance，简称EPR）和电子自旋共振（Electron Spin Resonance，简称ESR）。
这些技术在物质分析和材料研究领域也扮演着重要角色。
电子顺磁共振适用于研究具有未成对电子的化学物质，如自由基和过渡金属离子。
而电子自旋共振主要关注电子自旋与外加磁场的相互作用，从而提供电子自旋状况及分子电子结构的信息。
在磁共振波谱学中，通过对固体样品、液体样品或气态样品中的原子核或电子进行测量和分析，可以获得许多有用的信息。
例如，核磁共振波谱可用于鉴定化学物质的成分，确定它们的结构和构象、测定相对数量和浓度，甚至研究物质的动力学性质。
第八章 核磁共振波谱_PPT课件
概述
核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段 ，由 于其可深入物质内部而不破坏样品 ，并具有迅速、 准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用 ，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以 及材料等学科 ，在科研和生产中发挥了巨大作用 。
核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫 (F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发 现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多 年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科 。
生物膜和脂质的多形性研究
化学位移各向异性的研究
脂质双分子层的脂质分子动态结构
金属离子同位素的应用
生物膜蛋白质——脂质的互相作用
动力学核磁研究
压力作用下血红蛋白质结构的变化
质子密度成像
生物体中水的研究
T1T2成像
生命组织研究中的应用
化学位移成像
生物化学中的应用
其它核的成像
在表面活性剂方面的研究
magnetic resonance spectroscopy for determining the threedimensional structure of biological macromolecules in solution".
他将获得2002年诺贝尔化学奖另一半的奖金。
If one knows all the measurements of a house one can draw a three-dimensional picture of that house. In the same way, by measuring a vast number of short distances in a protein, it is possible to create a three-dimensional picture of that protein.
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核磁共振波谱名词解释
1. 核磁共振(NMR): 一种物理现象，即在磁场中，原子核会有
不同的能量级别，通过吸收或发射电磁辐射来跃迁能级，产生一定频率的共振信号。
2. 化学位移(chemical shift): 核磁共振信号的频率与一定标准物
质（如四氢噻吩）产生的信号频率之差，用单位为ppm的化
学位移表示。
3. 异位体(metabolite): 生物体内的化合物，通常参与代谢反应，例如葡萄糖、乳酸等。
4. 预处理(pre-processing): 对核磁共振波谱数据进行峰识别、
基线校正、峰对齐等处理，以减少数据偏差和噪声干扰。
5. 多维核磁共振(NMR): 除了化学位移之外，另外加入了偏转
角度、自旋耦合等信息，通过多维波谱图展示，提高了化合物结构的精度。
6. 自旋耦合(spin coupling): 不同原子核之间相互作用而导致的
信号频率拆分现象，通常用杨-米尔斯耦合模型（J-coupling）
描述。
7. 核磁共振成像(NMRI): 借助核磁共振信号探测物体内部结构
信息，通过对不同位置的信号强度进行重构，得到体内成像。