H1-核磁共振介绍
核磁共振
核磁共振nuclear magnetic resonance;NMR定义1：具有磁距的原子核在高强度磁场作用下，可吸收适宜频率的电磁辐射，由低能态跃迁到高能态的现象。
如1H、3H、13C、15N、19F、31P等原子核，都具有非零自旋而有磁距，能显示此现象。
由核磁共振提供的信息，可以分析各种有机和无机物的分子结构。
应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；方法与技术（二级学科）定义2：由于具有磁距的原子核在高强度磁场作用下，可吸收适宜频率的电磁辐射，而不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱。
记录这种波谱即可判断该原子在分子中所处的位置及相对数目，用于进行定量分析及分子量的测定，并对有机化合物进行结构分析。
可以直接研究溶液和活细胞中分子量较小(20 kDa以下)的蛋白质、核酸以及其他分子的结构，而不损伤细胞。
应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞生物学技术（二级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布核磁共振仪核磁共振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。
核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。
原子核的自旋核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。
不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。
自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况，如下表。
I值为零的原子核可以看做是一种非自旋的球体，I为1/2的原子核可以看做是一种电荷分布均匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。
I大于1/2的原子核可以看做是一种电荷分布不均匀的自旋椭圆体。
[1]核磁共振现象原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩（μ）。
核磁共振(1HNMR)
扫频：固定外加磁 场强度H0，通过 逐渐改变电磁辐射 频率来检测共振信 号。
核跃迁能 E=2μHo
扫场：固定电磁辐 射频率，通过逐 渐改变磁场强度来 检测共振信号。
电磁辐射能 E‘=h
共振时 E= E‘ h= E=2μHo
=2μHo/h
Ho= h/2μ
三、屏蔽效应及在其影响下的核的能级跃迁
自旋取向与外加磁场方向不一致（ 或 ）， m=-1/2，高能级状态
E2=+μHo E=E2-E1=2 μHo
能级差
E（所需能量）与μ、Ho成正比 Ho 跃迁所需能量
2.核在能级间的定向分布及核的跃迁
核在两种能级上均有分布。遵守Boltzmann分配定律， 低能态>高能态，但差别很小。如在100MHz 磁场中， 在 低能态100万个，在高能态999987，相差仅13个，但这是 产生核磁共振的基础
CH3CH2Cl的60MHz1H-NMR
第二节 化学位移
一、化学位移的定义及内标
不同类型氢核所处化学环境不同，共振峰在磁场的 区域不同。当照射频率为60MHz时，这个区域约为 14092±0.1141G，即只在一个很小的范围内变动，故 精确测定其绝对值相当困难。实际工作中多将待测氢核 共振峰所在位置（以磁场强度或相应的共振频率表示） 与某基准物氢核共振峰所在位置进行比较，求其相对距 离，称之为化学位移（chemical shift）。
核外电子在与外加磁场垂直的平面上绕核旋转同 时将产生一个与外加磁场相对抗的第二磁场。结果 对氢核来说，等于增加了一个免受外加磁场影响的 防御措施。这种作用叫做电子的屏蔽效应。
以氢核为例，实受磁
场强度：
E=2μHo（1 - ） =2μHo（1 - ） /h
核磁共振介绍范文
核磁共振介绍范文核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种基于原子核在外加恒定磁场和交变磁场作用下的响应现象进行研究的物理技术。
核磁共振技术通过测量原子核自旋和核磁矩在恒定磁场中能级的分裂与吸收来研究物质的结构和性质，广泛应用于物理学、化学、生物学和医学等领域。
核磁共振的基本原理是原子核在外加磁场下由于空间取向差异而产生的能级分裂和能量的跃迁。
当物质置于外加恒定磁场中时，原子核的自旋呈取向分裂。
如氢原子核，由于其自旋为1/2，因此在外加磁场下，其能态分裂为两个能级，分别为α态和β态。
当核磁共振仪施加一个频率与能级差别相同的交变磁场时，会使能级之间产生共振跃迁。
这个频率称为拉莫尔频率，通常是射频范围。
共振现象可以分为吸收和发射两种，吸收与发射频率相同。
核磁共振的实验装置主要包括磁场系统、射频系统和检测系统。
磁场系统包括主磁场和梯度磁场。
主磁场通常是一个强大的稳定恒定磁场，用来获得精确的原子核共振频率。
梯度磁场是在主磁场的基础上添加的一系列变化的磁场，用来实现空间定位和图像构建。
射频系统用于提供适当的射频信号，以匹配原子核共振的频率，从而导致共振跃迁。
检测系统通过检测共振跃迁事件的信号，来测量和记录物质的核磁共振信号。
核磁共振技术在物理学、化学和生物学等领域有广泛的应用。
在物理学领域，核磁共振用于研究物质的电子结构、磁性和电输运性质等。
在化学领域，核磁共振是一种非常重要的结构解析技术，可以通过观察和分析不同核的共振信号，确定分子的结构和构型。
在生物学领域，核磁共振可用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构和功能。
此外，核磁共振还被广泛应用于医学诊断，特别是在核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术中，可以非常清晰地观察人体内部结构，用于筛查和诊断多种疾病。
核磁共振的应用离不开核磁共振谱图的研究和分析。
核磁共振谱是通过测量物质的核磁共振信号强度和频率来获得的，可以提供有关物质分子的结构和动态性质的重要信息。
氢核磁共振(1HNMR)
2021/9/15
4
交变频率与分辨率的关系
5
交变谱图频折率叠 与分辨率的关系
6
5.1.1 化学位移的影响因素
• 取代基电负性：诱导效应 • 相连碳原子的杂化方式 • 共轭效应 • 磁各向异性效应 • Van der Waals效应 • 溶剂效应 • 氢键效应
7
取代基电负性：诱导效应
氢原子核外成键电子的电子云密度产生的屏蔽效应 电负性较大的原子，可减小H原子受到的屏蔽作用，引起H 原子向低场移动 拉电子基团：去屏蔽效应，化学位移左移，即增大 推电子基团：屏蔽效应，化学位移右移，即减小
16
各向异性效应：双键
烯烃双键碳上的质子位于π键环流电子产生的感生磁 场与外加磁场方向一致的区域（去屏蔽区），使烯 烃双键碳上的质子的共振信号移向稍低的磁场区， = 4.5 ~ 5.7
17
各向异性效应：双键
A = 1.27 = 0.85
B = 1.23 = 0.72
C = 1.17 = 1.01
• 吡啶：氮原子是强吸电基团，使邻位质子在低场共振 • 吡咯：氮上孤对电子参与共轭成芳香性，减弱了氮原
子的诱导作用，环上邻位质子在较高场共振
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杂环芳氢的的化学位移
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活泼氢的化学位移
常见的活泼氢，如-OH、-NH-、-SH、-COOH等基团的质子， 在溶剂中交换很快，并受测定条件如浓度、温度、溶剂的影
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8
取代基电负性：诱导效应
向低场移动的程度正比于原子的电负性和该原子与H之间的 距离
2021/9/15
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相连碳原子的杂化方式
• 从sp3（单键）到sp2（双键），s电子的成分从25 %增加到33%，电负性 sp2 > sp3，sp2中键电子更 靠近碳原子，因而对相连的氢原子有去屏蔽作用， 即共振位移移向低场
核磁共振 氢原子-概述说明以及解释
核磁共振氢原子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种重要的物理现象和应用技术。
它基于原子核在外加磁场的作用下发生的一系列特定能级间的能量差跃迁和辐射吸收，能够提供有关物质分子结构、动力学行为以及它们与周围环境的相互作用等信息。
核磁共振技术的发展在许多领域都产生了广泛的应用，特别是在化学、物理、生物医学等领域。
在化学上，核磁共振通过分析分子中的原子核相互作用和化学环境，为确定分子结构提供了一种无破坏性的方法。
在物理上，核磁共振可以用来研究固体、液体和气体等材料的性质，揭示它们微观水平上的行为。
在生物医学中，核磁共振成为非常重要的成像技术，通过对人体内部组织和器官的核磁共振信号进行采集和分析，可以提供高分辨率的影像信息，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
而氢原子的核磁共振特性则是核磁共振技术中最为常见和重要的一种现象。
氢原子是宇宙中最常见的原子之一，具有最简单的原子结构，只有一个质子和一个电子。
由于质子具有核自旋，因此氢原子在外加磁场下可以产生明显的核磁共振信号。
这使得氢原子成为核磁共振技术中最广泛研究和应用的对象。
通过对氢原子的核磁共振信号的分析和解释，我们可以了解物质分子在不同环境中的化学性质、构象以及它们与其他分子之间的相互作用。
这对于药物设计、材料科学、生物化学等领域的研究和实践都具有重要的意义。
在本文中，我们将从核磁共振的基本原理和氢原子的核磁共振特性两个方面展开讨论。
首先，我们将介绍核磁共振的基本原理，包括能级跃迁、共振频率以及信号的采集和分析等核心内容。
然后，我们将深入探讨氢原子在核磁共振中的作用，包括氢原子核磁矩、化学位移以及磁共振成像等相关知识。
通过对核磁共振和氢原子核磁共振特性的详细介绍和分析，我们希望能够更好地理解和应用这一重要的科学技术，同时也展望核磁共振在科学研究中的未来发展和挑战。
接下来的章节将进一步探讨核磁共振在科学研究中的实际应用以及氢原子核磁共振的前景和问题。
磁共振1H波谱成像在颅内疾病的诊断价值
磁共振1H波谱成像在颅内疾病的诊断价值摘要】目的探讨增强后多体素氢质子磁共振波谱(¹H-MRS)对颅内常见病变的鉴别诊断价值。
资料与方法 49例颅内常见肿瘤及非肿瘤患者行增强后多体素¹H－MRS检查,其中胶质瘤16例,单发转移瘤13例,脑膜瘤14例，炎症6例。
测量计算3种肿瘤及非肿瘤病变强化区、强化边缘区及对侧正常脑组织的代谢物比值:胆碱/肌酸(Cho/Cr)、N-乙酰天门冬氨酸/胆碱(NAA/Cho)、胆碱/对侧正常脑组织肌酸(Cho/Cr-n)和胆碱/对侧正常脑组织胆碱(rCho),并进行比较分析。
结果与对照组相比,脑肿瘤NAA均有不同程度的下降,脑外肿瘤低于脑内肿瘤,高级别(Ⅲ～Ⅳ)胶质瘤较低级者(Ⅰ～Ⅱ)下降明显。
Cho/Cr升高,高级胶质瘤比低级胶质瘤高(P(0. 05),高级别胶质瘤及转移瘤瘤体瘤周水肿区Cho/Cr有显著性差异。
部分高级别胶质瘤及转移瘤可检测到Lac、Lip峰。
部分脑膜瘤(4/14)可检测到Ala峰。
结论 ¹H-MRS从微观水平分析脑肿瘤代谢信息的无创性方法,对脑肿瘤的诊断、鉴别诊断及疗效评估、术后复发、组织上分级有重要帮助。
增强后多体素1H-MRS对颅脑病变的鉴别诊断有重要的临床应用价值。
【关键词】脑肿瘤肿瘤强化区强化边缘区磁共振波谱目前，随着颅内肿瘤性、非肿瘤性病变发病率不断提高，日趋年轻化，已成为致死和致残的主要病因之一。
磁共振扫描对颅内疾病检出率明显优于CT。
但有时肿瘤性病变与非肿瘤性病变鉴别较困难，通过质子MR波谱（¹H-MRSA）脂质（Lip）峰开交结合cho峰及常规MRI对肿瘤性和非肿瘤性病变鉴别诊断具有重要临床应用价值。
在鉴别胶质瘤术后复发与放射性坏死中也具有重要临床价值。
1 资料与方法所有病例均采用同一机器完成，均采用GE3.0T MRI超导型磁共振成像系统，在常规MRI平扫之后及增强扫描前完成 ¹H-MRS扫描。
二维核磁简介
7
异核位移相关谱 (HMQC,HSQC)
Ha Hb Ha C C …
Ha Hb HMQC和HSQC的横坐标(F2) 方向上的投影为该化合物的氢谱，纵坐标(F1)方向上
的投影为该化合物的碳谱。
HMQC谱和HSQC谱一般反应的是碳和氢的1J 耦合信息，可以直接归属相连的碳 氢之间的关系。
12
10
NOESY 和ROSY 谱
Ha Hb
NOE效应：当两个质子Ha和Hb在立体空间中的位置相近时（小于 5Å），若照射Ha 使其饱和，则Hb的强度增加，这种现象称为NOE。
NOE主要用来确定两种质子在分子立体空间结构中是否距离相近。
做NOE差谱：先测一个常规的氢谱，把后面测得的氢谱减去原来的 (常规)氢谱，面积有变化的地方就会出峰。
2
二维核磁谱的分类：
COSY(同核) : 1H-1H, 19F-19F
通过化学键的原子核耦合 (用于解未知化合物分子结构， 或HSQC(异核) : 1H-13C 直接键连的 HMBC(长程异核) : 1H-13C 非直接键连的
出信号的方式
Ha Hb Hc Ha C C C …
Ha Hb Ha C C OHc
Ha Hb
Hc不参与耦合
Ha, Hb, Hc 化学环境不同
3个Ha, 2个Hb, 1个Hc 自身磁等价
Hc参与耦合
5
同核位移相关谱 (COSY)
Ha Hb Ha C C …
H, H-COSY的横坐标(F2)纵坐标(F1)方向上的投影均为该化合物的氢谱
Ha Hb
COSY谱一般反应的是3J 的耦合信息，在1H谱重叠或较为复杂(对峰的归属不清晰) 时，可使用COSY二维谱。
核磁原理
核磁共振原理对于角动量I (或J )不等于零的粒子, 和它相联系的有共线取向的磁矩μ ,I γμ =, γ称为粒子的回磁比。
由这样的粒子构成的量子力学体系，在外磁场0B 中，能级将发生塞曼分裂，不同磁量子数m 所对应的状态，其磁矩μ 处的空间取向不同，与外磁场0B 之间有不同的夹角，并以角频率00B γω=绕外场0B 进动。
能级附加能量为0m B )I μ(E =，相邻能级1)m (Δ±=之间的能量差为0B I)μ(ΔE =。
若在垂直于0B 的平面上，加上一个角频率为ω的交变磁场，当其角频率满足ωΔE =，即ω与粒子绕外场0B 进动的角频率0ω相等时， 粒子在相邻塞曼能级之间将发生磁偶极跃迁，磁偶极跃迁的选择定则是1m ±=∆,这种现象称为磁共振。
当考虑的对象是原子核（如H 1,Li 7,F 10等）时，称为核磁共振（Naclear Magnefic Resonance 缩写为NMR ）；对于电子称为电子顺磁共振（或电子自旋共振）。
由于磁共振发生在射频(核磁共振)和微波(电子顺磁共振)范围，磁共振已成为波谱学的重要组成部分。
由磁共振时0B 和0ω之间的关系可精确测定粒子的回磁比γ，它是研究粒子内部结构的重要参数。
1946年，美国Stanford 大学的Bloch 和Hanson 与Harvard 大学的Purcell 和Pound 分别采用射频技术进行了核磁共振实验。
由于这一发现。
这几位科学家获得了1952年的诺贝尔奖金。
近年来，随着科学技术的发展，核磁共振技术在物理、化学、生物、医学等方面得到了广泛的应用。
它不但能用于测定核磁矩，研究核结构。
也可以用于分子结构的分析，另外，利用核磁共振对磁场进行测量和分析也是目前公认的标准方法。
如今，在研究物质的微观结构方面形成了一个科学分支——核磁共振波谱学。
核磁共振成像技术已成为检查人体病变方面有利的武器。
它的应用必将进一步发展。
一、 【实验目的】1、 通过调试观察核磁共振现象，了解和掌握稳态核磁共振现象的原理和实验方法。
核磁共振(NMR)
驰豫：低能级核向高能级跃迁,高能态必须放 出能量回到低能态，使低能态核始终维持 优势。非辐射到低能态的过程称为驰豫。
一个体系通过驰豫过程达到平衡状态
的半衰期需要一定时间，用T1表示，T1越小， 这种驰豫效率越高。
• 2 、 因 为 Si 的 电 负 性 （ 1.9 ） 小 于 碳 的 电 负 性 （2.6），TMS质子处于高电子密度区，产生较大 的屏蔽效应，其质子信号比产生一般质子信号所 需磁强度均大，处于最高场，因此，不干扰样品 信号。
• 3、TMS是烷烃，化学性质不活泼，与样品无作用。 • 4、TMS易溶于有机溶剂 • 5、沸点低（27℃），易于回收样品。
合物结构测定的基本原理
• 6. 了解脉冲傅立叶变换核磁共振测定方法的原理 • 7. 了解1H-NMR及13C-NMR的测定条件以及简化图谱
的方法，并能综合应用图谱提供的各种信息初步判 断化合物的正确结构
主要内容
• 1. 核磁共振原理 • 2. 核磁共振仪器 • 3. 氢核磁共振（1H-NMR） • 碳核磁共振（13C-NMR） •
1.原子核的自旋
氢原子核的自旋会沿着它的自转轴产生一个 微小的磁场，它本身就好象一个小磁铁。
Nuclear magnetic dipole moment caused by spinning nucleus
+
Direction of Spin of hydrogen
nucleus
1.原子核的自旋
• 如要B的0为频2率.3是5T1,010HM发H生z,而核1磁3C共是振25所M需Hz.
3.内标（基准物质）的选择
核磁共振氢谱
烯H处于去屏蔽区， 低场共振δ为5～6， π电子流比苯环弱， 去屏蔽较弱。
环内屏蔽 区在高场 共振
环外去屏 蔽区在低 场共振。
R
_
C C
H
_
电子环流
抗磁屏蔽
B0
炔H处于屏蔽区,在高场共振δ为2～3，小于烯H， 屏蔽效应为主。
4. 氢键的影响:
氢键可以削弱氢键质子的屏蔽,使共振吸收移向低场。
D. CH3CH2CH2NO2 E. CH3CH2I F. (CH3)2CHNO2
E
A. CH3COOCH2CH3 B. p-CH3CH2C6H4I C. CH3COOCH(CH3)2
D. CH3CH2CH2NO2 E. CH3CH2I F. (CH3)2CHNO2
D
A. CH3COOCH2CH3 B. p-CH3CH2C6H4I C. CH3COOCH(CH3)2
σ键的快速旋转导致的化学等价：
CH3-CH2-O-， X-CH2CH2-Y
对称性导致的化学等价：
Ha X Ha'
Hb Y Hb'
Ha X Ha'
Y Hb Y
Ha 和 Ha' 化学 等 价 Hb 和 Hb' 化学 等 价
Ha 和 Ha' 化学 等 价
Ha X
C
C
X Hb
对称中心
Ha 和 Hb 化 学 等 价
(tetramethylsilane)作内标 δ= 0 ppm (屏蔽作用很大)。
—
— 只有一个信号(单峰)。 — 易挥发除去。
低场
去屏蔽
向左
磁场强度
向右
高场 屏蔽
(CH3)4Si (TMS)
1H-核磁共振
I=0 质子数和中子数都 为偶数的原子核， 12C、16O
I = 1/2
1H、13C、15N、 31P、19F
I = 1, 3/2, 2…
2H、11B、 14N、17O、 33S、35Cl
核外电子对H核产生的这种作用，称为屏 = E / h = · 1/2 )· 0(1-σ) ( B 蔽效应(又称抗磁屏蔽效应)。
ROH(RNH2)
10～12
9～10
4 ～8
0.5 ～5
4.3、影响化学位移的因素
凡影响电子云密度的因素都将影响化学位移。
b
Hb
Ha C
α
a
Hb βC
I
Hb Ha
屏蔽效应： Hb Ha
1）诱导效应(induction effect)
（1）与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强， 质子周围的电子云密度越小，屏蔽作用减弱，信号峰在低场 出现。 卤 CH3I = 2.16 去 原 屏 子 CH3Br 2.68 蔽 的 作 电 CH3Cl 3.05 用 负 大 性 CH3F 4.26 增 强 低场 高场 9 8 7 6 6 5 4 3 2 1 -1 -2 -3
1） 原子核的自旋
旋进轨道 自旋轴 自旋的质子
H0
具有自旋现象的原子核才有磁性，因而有自
旋角动量(ρ)； ρ可用自旋量子数(I)来描述。
h I ( I 1) 2
会产生共振信号。
I＝0、1/2、1……
I = 0， ρ=0， 无自旋，不能产生自旋角动量，不
只有当I ≠ 0时，才能发生共振吸收，产生共振信号。
1） 化学位移的表示方法
感生磁场 B' 非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 6 为方便起见，故 × 10
核磁共振(1HNMR)
理想的基准物质（内标）氢核应是外围没有电子屏蔽 作用的“裸露”氢核，但这在实际上是作不到的。常用四 甲基硅烷（tetramethylsilane，TMS）作为内标。TMS因 其结构对称，在1H-NMR谱上只给出一个尖锐的单峰；加以 屏蔽作用较强，共振峰位于高磁场，绝大多数有机化合物 的氢核共振峰均将出现在它的左侧，故作为参考标准十分 方便。此外，它还有沸点较低（26.5℃）、性质不活泼、 与试样不发生缔合等优点。 根据IUPAC的规定，通常把TMS的共振峰位规定为零， 待测氢的共振峰位则按“左正右负”的原则分别表示。 因为TMS不溶于重水，故当测定溶剂采用重水时，可选 用2,2-二甲基-2-硅杂戊烷-5-磺酸钠（DSS）、叔丁醇、 丙酮等其它基准物。
2H，14N
偶数 偶数
偶数 奇数
零
整数(1, 2, 3,…)
1.I＞0具自旋运动特性，具角动量和核磁矩，显示磁性 2.I=1/2 具均匀球形电荷分布，无电四级矩，谱线窄，易检测
（二）磁性原子核在外加磁场中的行为特性 1.核的自旋取向、自旋取向数与能级状态
2I+1（自旋趋向数）
M=I, I-1,---- -I
3.叁键
4.环丙烷体系
5.单键
H C C H H
C C C H H
C C C C H
Hb
甲基
0.85～0.95
亚甲基
1.20～1.40
次甲基
1.40～1.65
+
3 5 4 2 1 6
Ha
-
环己烷构象中平伏键 受到的屏蔽效应
Ha比Hb的化学位 移数值稍大，处于 低场。
（三）氢核交换对化学位移的影响
Hc COOCH3
(A)
核磁共振
4.2.1 连续波核磁共振仪 1.磁铁：用来产生一个强的外加磁场。 磁铁：永久磁铁、电磁铁、超导磁铁三种。 前两种磁铁的仪器最高可以做到100MHZ，超导磁铁可 高达950MHZ。
MHZ数越大，磁场强度越大，仪器越灵敏，做出来的 图谱越简单，越易解析。
连续波核磁共振仪部件图
在磁铁上有一个扫描线圈(又叫Helmholtz线圈)内通直流 电。它产生一个附加磁场，可用来调节原有磁场的磁场强 度，连续改变磁场强度进行扫描。 2. 射频振荡器：用于产生射频。一般情况下，射频频率是 固定的。在测定其他核如13C、15N时，要更换其他频率的 射频振荡器。
脉冲付里叶变换核磁共振仪部件图
PFT-NMR仪采用发射脉冲使各种不同的核同时被激 发。为了恢复平衡，各个核通过各种方式弛豫，在接收机 中可以得到一个随时间逐步衰减的信号，称FID(自由感应 衰减)信号。它是各种核的FID信号的叠加，这种信号是随 时间衰减的信号f(t)。而平常的NMR中信号是频率的函数 f(W)或f()，所以要用计算机进行付里叶变换将f(t)变成 f(w)或f()，得到普通的NMR图。
奇
奇或偶
奇
奇或偶
自旋形 NMR 原子核 状 信号 12C,16O, 非自旋 无 28Si , 32S 球体 1H、13C、 1/2 自旋球 有 19F、29Si、 体 31P 11B,17O,33 3/2、5/2、 自旋椭 有 7/2 S,35Cl, 球体 1、2、 3 自旋椭 有 球体
2H,10B,14N
核磁共振( 1H-NMR)
核磁共振Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 简称NMR 。 按观察的核不同，有1H、13C 、31P、19F-NMR。 按独立频率变量个数可分为一维谱、二维谱、三维谱。 核磁共振(1H-NMR)在化学中的应用己有五十年了。 NMR的理论基础是量子光学和核磁感应理论。
核磁共振(1HNMR).
4.核的进动与拉摩尔频率
=H0/2
二、产生核磁共振的必要条件
在外加静磁场中，核从低能级向高能级跃迁时 需要吸收一定的能量。通常这个能量可由照射体系 的电磁辐射来供给。对处于进动中的核，只有当照 射用电磁辐射的频率与自旋核的进动频率相等时， 能量才能有效地从电磁辐射向核转移，使核由低能 级跃迁到高能级，实现核磁共振。
3.饱和与弛豫
采用共振频率的电磁辐射照射，发生能量吸收， +1/2能级的核跃迁至－1/2能级。当+1/2能级的核与 －1/2能级的核数量相等时，不再吸收能量，这种状态 谓之饱和。
比热平衡状态多的高能级的核通过释放能量回到低能级，直至 恢复到Boltzmann分布的热平衡状态，这种现象谓之弛豫。
“弛豫”过程主要有两种，自旋-晶格弛豫和自旋-自旋弛豫。 自旋-晶格弛豫（纵向驰豫）是处于高能态的核与其周围环境之 间的能量交换过程，部分核由高能态回到低能态。 通过自旋-晶格弛豫过程达到热平衡状态所需要的时间称T1。 T1越小，表明弛豫过程的效率越高，T1越大则效率越低。T1值 的大小与核的种类、样品的状态、温度有关。固体样品的振动、 转动频率较小，纵向弛豫时间T1较长，可达几小时。对于气体或 液体样品，T1一般只有10-4～102s。 自旋-自旋弛豫（横向弛豫）是指高能态的核把能量转移给同 类的低能态核，同时一些低能态的核获得能量跃迁到高能态的过 程。结果是各种取向的核的总数并没有改变，核的整体能量也不 改变,但是影响具体的核在高能级停留的时间。自旋-自旋弛豫时 间用T2 表示，对于固体样品或粘稠液体，核之间的相对位置较固 定，利于核间能量传递转移，T2较短，约10-3s。非粘稠液体样 品，T2较长，约1s。
2.I=1/2 具均匀球形电荷分布，无电四级矩，谱线窄，易检测
核磁共振谱图解析
常用的核磁共振（NMR）实验
1H 13C 13C－DEPT135o ( CH CH3 , CH2 ) 13C－DEPT90o ( CH ) 1H －1H COSY (化学键上相邻氢原子的识别) 1H －1H TOCSY (结构片断的识别) 1H －1H NOESY (空间上相近的氢原子的识别) 1H － 13C (HSQC, HMQC) (碳氢一键相关） 1H － 13C HMBC (碳氢远程相关——碳氢原子二、三键偶合）
c` b`
1H-1H NOESY
• 解析：两个通过氢谱难以辨别此化合物是哪个
OH
结构，但用过NOESY可以看到叔丁基只c和a一个a 氢
b
有NOE相关信号，所以可以确定结构为 Cl OH
Cl
如果结构是
a`
c` b`
个氢有NOE相关信号。
那么叔丁基应该与a`,b`两
H3C
3
HC H3C
H2C
12 O
活泼氢
与O、S、N相连的氢是活泼氢. 切记想看活泼氢一定 选择氘代氯仿或DMSO做溶剂. 在DMSO中活泼氢的出 峰位置要比CDCl3中偏低场些.活泼氢由于受氢键、浓 度、温度等因素的影响，化学位移值会在一个范围内 变化.有时分子内氢键的作用会使峰型变得尖锐.后面附 注一些常见活泼氢的核磁谱图。
A ROH; RNH2; R2NH ArOH; ArSH; ArNH2 RSO3H; RCOOH;
7-13
9-12
重水交换
重水交换是在核磁管里加入1-2滴重水,摇匀,再做谱图会发 现活泼氢消失.
1) ROH; RNH2; R2NH; ArOH; ArSH; ArNH2; RSO3H; RCOOH; RNH2.HCl的活泼氢是比较容易交换;
1H核磁共振波谱法
I≥1，绕主轴旋转的椭球体。电荷分布不均匀，有电四极矩存 在，如27Al、17O等。 NMR信号复杂。
表1 核的自旋与核磁共振
质量数 偶 奇
原子序数 偶、 奇或偶
苯 d6 乙酸-d4 CCl4 CS2 CH3NO2 CH3CN CF3COOH
？ 学位移不同，如何比较
化学位移的人为规定
➢ 引入标准物质，规定其质子化学位移为0
➢ = ν sample ν standard×106 (ppm) ν standard
=
B 106=
B标
B标 B样 B标
106 （ppm）
➢ 以上为分别固定B0和射频时的化学位移数值
标准物质的选择
四甲基硅烷（TMS，
当m=+1/2时：E(+1/2)= -(+1/2) B0= (-1/2) B0
发生跃迁的能量差为：E= E(-1/2)- E(+1/2)= B0
两种取向的能量差E可表示为:
E = B 0 (B 0 ) = 2B 0
=
2r×(
h
2
)×(
1 2
)×B
0
=
r
×( 2h
)× B0
若外界提供一个电磁波，波的频率适当，能量 恰好等于核的两个能量之差，h=E，那么此原子 核就可以从低能级跃迁到高能级，产生核磁共振吸 收。
峰面积 质子数
吸收峰数 峰的位置 峰的面积
多少种不同化学环境质子 质子类型 每种质子数目
1H谱： ~ 15 ppm:
Acids Aldehydes
核磁共振基本知识
(nuclear magnetic resonance)
基本知识
发展简史
第一阶段：1945年到1951年，发明核磁共振法并 奠定理论和实验基础的时期： Bloch（斯坦福大学，
观察到水中质子的信号） 和Purcell（哈佛大学，观察到石 蜡中质子的信号）获得了Nobel奖金。
发展简史
第二阶段：1951年到1960年为发展时期，其作用被 化学家和生物学家所共认，解决了许多重要难题。
(c)
• 3J(b)
H
• 4J(c)
• 苯环上的质子耦合(d-f)
H (f)
典型有机物的质子耦合常数
核磁共振碳谱
13C NMR谱与1H谱的对比
几种常见碳谱
① 宽带去偶
使用一个高功率频率范围较宽的可以覆盖全部质子 Larmor频率范围的去偶场，使样品中所有1H全部 共振→饱和→去偶——使每一个C都出现一个S峰。
3.05 5.30
Cl3 C H
7.27
➢ 基团距离越远，受到的影响越小
CH3 CH2 CH2 Br 1.251.693.30
② 共轭效应
H RO H
δ4.3-4.4
H RH
δ4.8-5.9
H
R
H
O
δ5.9-6.5
共轭效应通过π电子的位移而导致对质子 屏蔽的较弱或增强
③ 各向异性效应
➢ 实验发现邻近pi-电子的H的化学位移的变化很大，
1953年出现了第一台30MHz核磁共振谱仪； 1958年及年代初又出现了60MHz,100MHz的仪器。 50年代中期发展了1H-NMR，19F-NMR和31P-NMR
发展简史
第三阶段：60至70年代，NMR技术飞跃时期。 脉冲Fourier变换技术，提高了灵敏度和分辨率，
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n+1 规律
6，各类氢核的化学位移
• 7，偶合常数与结构关系
偶合的类型
1，同碳偶合
• 8，苯环氢的解析
9，
（1）
（2）
（3）
（4）
10，氢谱的解析
11，1HNMR 解析
三重及四重峰偶合常数相同
有两种同分异构体，分子式为C4H8O2，1H NMR谱如下，试推测它们的结构。
1H-核磁共振
1，历史：
•1946年，由Purcell 和Bloch发现核磁现象； •1950年，核磁共振与化学结构的关系被发现； •50年代初，30MHz 核磁仪出现； •60年代，250MHz 核磁仪出现； •70年代---目前，傅立叶变换(Fourier )与超导技术的应用促进了
核磁仪质的飞跃，目前已有950MHz，并可广泛用于其它核的测ห้องสมุดไป่ตู้定（如13C, 15N, 19F 等）。
已知化合物的分子式为C5H9BrO2， 试根据’H谱推测其结构
未知物的分子量为122，元素分析结果为含c 78．6％，含H 8．3％。试根据’H谱推测其分分 子结构。
应用：分子生物学，药物化学，植物化学，医学……
2，核磁共振原理：
3，核磁共振仪及谱图：
δ为10-0 对应于600-0Hz(60MHz谱仪)
谱图提供信息：
4，影响化学位移的因素
δax < δeq
• 5, 自旋偶合与偶合常数
相邻核之间相互作用，使共振跃迁能级 发生分裂，产生多重共振跃迁，称为自旋自旋偶合（spin-spin coupling)，简称自旋 偶合。由自旋偶合引起的吸收峰分裂使谱 线增多的现象为自旋裂分。