核磁共振谱s
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以四甲基硅 (CH3)4Si （TMS）作为标准物，将其在 NMR谱图上的位置定为零，某一氢核吸收峰位置与 TMS 信号之间的差称为化学位移。
δ=
(H标准－H样品) H标准
×106
（扫场法） δ值为ppm数量级
如果是扫频法，则化学位移表示为：
δ＝
υ样品－ υTMS υ０
×106 (ppm)
υ样品—样品质子共振频率 υTMS—TMS质子共振频率 υ０—仪器的照射频率
电负性 F＞Cl ＞ Br ＞ I
(CH3)4Si
δ(ppm)
0
CH3I 2.16
h－普朗克常数
γ－核的磁旋比。 Ｈ核: γ ＝26750 弧度/秒·高斯
若以电磁波照射，供给自旋核能量△E’ ，使：
△E’= △E 即：
hv rhH 0
2
磁核发生能级跃迁，低能态的核吸收能量跃迁至高
wenku.baidu.com
能态，产生核磁共振现象。
即：发生核磁共振的条件为： v rH 0
2
例：当质子感受到的磁场为14092Ｇ时，发生核磁共
2、 核磁共振现象
无外磁场
有外磁场
磁核放入磁场强度为Ho的外磁场中，小磁矩将出现两 种取向：
β自旋态 与外磁场反平行或大体
反平行， 处于高能级
Ho
△E
α自旋态 与外磁场平行或大体平 行；处于低能级
ΔE是量子化的，
且与外加磁场H。成正比
E
E
△E
=
γ
h H。 2π
0
H0
两种自旋态的能量差
与外磁场强度关系
信号的裂分
化学位移
信号的种类：3
2、影响化学位移的因素 化学位移是由于核外电子产生的感应磁场引起的
（屏蔽或去屏蔽效应），使核外电子密度改变的因 素都能影响化学位移。
(1) 诱导效应和共轭效应 吸电子诱导和吸电子共轭效应，使氢核周围
的电子云密度降低，氢核所受屏蔽减弱，共振信 号移向低场， δ增加。
例1:
应用范围：食品、聚合 物、石化 、医药、生物 等行业 在石化行业中的应用： 1. 石油蒸馏物以及煤的 总氢含量测定； 2. 石蜡中的油含量测 定； 3. 油品粘度的测定。
产生磁场
产生固定频率的 电磁辐射波；
将共振信号绘制 成标准谱图
检测和放大共振信号
（二）信号的位置
化学位移
1. 化学位移（δ） （1）屏蔽效应：核处于核外电子的包围之中，在 外磁场的 作用下，核外电子的运动产生一个与外磁
起核磁共振的吸收位置的移动（相对于孤立质子或
裸核），称做化学位移，以δ表示。
对于质子NMR来说，化学位移的范围仅为外磁场的百 万分之十左右，但这百万分之十的差异，确是核磁共 振用于结构分析的基础。
为了能显示化学位移，需要在小范围内变动磁场或电磁 波的频率。有两种办法，一是扫频法；二是扫场法。
（3 ）化学位移的表示：
特点： 1、 可直接提供样品中某一特定原子（C、 H）的各种化学或物理状态，并得出各自的 定量数据。
2 、 不必一定事先分离提纯，只要待测化 合物的特征吸收峰与共存杂质的不互相重 叠即可。
3、 摄制核磁共振谱不破坏样品。
一、核磁共振基本原理
核磁共振：原子核在外加磁场的作用下，吸收 电磁波的能量后，从一个自旋能级跃迁到另一 个能级后而产生的波谱。
原子序 数
自旋量子 数（I）
自旋形状
核磁共 振讯号
原子核
偶数 偶数
0
非自旋球 体
无
12C，16O，32S，28Si
奇数
偶数或 奇数
1/2，
自旋球体
有
1H，13C，15N，19F， 29Si，31P
奇数
偶数或 奇数
3/2， 5/2…
自旋椭圆 体
有
11B，17O，33S，35Cl，
37Cl，81Br， 79Br，127I
在谱图上，规定δ值由右至左递增。 当固定υ，改变H0—扫场。谱图的左方为低场，右方 为高场。
选TMS作标准物，因Ｈ都等同，只有一个峰。且电 负性Si＜C， Si具有供电性，甲基的质子周围电子云 密度大， 信号峰在高场。
二、从1H－NMR谱图中得到的信息
从谱图中得到如下信息: （一）信号的种类
H核的种类
偶数 奇数
1，2， 自旋椭圆
3…
体
有
2H，10B，14N
其中 I＝1/2的核可当作球体，核磁共振信号简单 I>1的核为椭球体，核磁信号复杂。
1H占氢同位素的99.985%，共振信号强，应用最广泛。 氢核磁共振又称质子核磁共振，简写为1H－NMR 或 PMR
13C的核磁共振，简写为13C－NMR或13CMR 。 13C的含量仅占碳同位素的1.069%，共振信号太弱，因 此对13C－NMR的研究比1H－NMR 难。计算机对信号 处理上万次后，叠加得到强信号。
振的频率为：
υ＝ 26750×14092/2π＝60 ×106HZ = 60MHZ
使H0与υ匹配的两种方法： 1. 固定H0，逐渐改变υ—扫频；
∨ 2. 固定υ，逐渐改变H0—扫场。
发生核磁共振时，会在 特定的υ或H０下出现信 号，如图：
3、 核磁共振仪简介 样品的准备:
溶液或液态的样品，加入内标物(TMS)。一般为 0.4ml，浓度为0.1~0.5M。为了避免干扰，常用不 含氢的溶剂如CCl4、CS2、CCl3F、CF3COCF3等； 也可以用氘代有机溶剂如CDCl3、CD3OD、 CD3COCD3等。氘代溶剂昂贵一些，其谱图中常出 现残存的氢峰
（二）信号的位置
化学位移，与H种类有关
（三）信号的积分（强度）
H核的数目
（四）信号的裂分
相邻H核之间的自旋偶合作 用－－相邻氢原子的数量
化学等价质子：化学环境相同的质子。 化学位移相同。
abcd CH3-CH2-CH2-OH
CH3
a
b
H3C C CH2Cl
四种质子，四组峰
CH3
两种质子，两组峰
信号的积分
1、 原子核及核的自旋
原子 原子核 电子
质子 带正电荷 中子 不带电荷
常用：原子量 X表示各种原子， 如 （ 1H、12C） 有些原子核有自旋现象（绕自身的轴旋转），常 用自旋量子数 I 表征。
磁核：某些I≠0的核的自旋可产 生一个小磁场，形成磁矩，这 种核有磁性，称为磁核。
哪些核有磁性呢？
质量数
场方向相反的感应磁场（H’），使磁核实受磁场有
所降低，核外电子的这种作用称屏蔽效应。
实际感受的磁场 H=Ho－H’ 而H’ = Hoσ （σ为屏蔽常数，百万分之几）
H=Ho（1 － σ）
处于不同化学环境的磁核受到不同的屏蔽作用，共
振频率会有差别：
υ＝
γ 2π
H。(1-σ)
（2）化学位移的定义：由于电子的屏蔽或去屏蔽引
δ=
(H标准－H样品) H标准
×106
（扫场法） δ值为ppm数量级
如果是扫频法，则化学位移表示为：
δ＝
υ样品－ υTMS υ０
×106 (ppm)
υ样品—样品质子共振频率 υTMS—TMS质子共振频率 υ０—仪器的照射频率
电负性 F＞Cl ＞ Br ＞ I
(CH3)4Si
δ(ppm)
0
CH3I 2.16
h－普朗克常数
γ－核的磁旋比。 Ｈ核: γ ＝26750 弧度/秒·高斯
若以电磁波照射，供给自旋核能量△E’ ，使：
△E’= △E 即：
hv rhH 0
2
磁核发生能级跃迁，低能态的核吸收能量跃迁至高
wenku.baidu.com
能态，产生核磁共振现象。
即：发生核磁共振的条件为： v rH 0
2
例：当质子感受到的磁场为14092Ｇ时，发生核磁共
2、 核磁共振现象
无外磁场
有外磁场
磁核放入磁场强度为Ho的外磁场中，小磁矩将出现两 种取向：
β自旋态 与外磁场反平行或大体
反平行， 处于高能级
Ho
△E
α自旋态 与外磁场平行或大体平 行；处于低能级
ΔE是量子化的，
且与外加磁场H。成正比
E
E
△E
=
γ
h H。 2π
0
H0
两种自旋态的能量差
与外磁场强度关系
信号的裂分
化学位移
信号的种类：3
2、影响化学位移的因素 化学位移是由于核外电子产生的感应磁场引起的
（屏蔽或去屏蔽效应），使核外电子密度改变的因 素都能影响化学位移。
(1) 诱导效应和共轭效应 吸电子诱导和吸电子共轭效应，使氢核周围
的电子云密度降低，氢核所受屏蔽减弱，共振信 号移向低场， δ增加。
例1:
应用范围：食品、聚合 物、石化 、医药、生物 等行业 在石化行业中的应用： 1. 石油蒸馏物以及煤的 总氢含量测定； 2. 石蜡中的油含量测 定； 3. 油品粘度的测定。
产生磁场
产生固定频率的 电磁辐射波；
将共振信号绘制 成标准谱图
检测和放大共振信号
（二）信号的位置
化学位移
1. 化学位移（δ） （1）屏蔽效应：核处于核外电子的包围之中，在 外磁场的 作用下，核外电子的运动产生一个与外磁
起核磁共振的吸收位置的移动（相对于孤立质子或
裸核），称做化学位移，以δ表示。
对于质子NMR来说，化学位移的范围仅为外磁场的百 万分之十左右，但这百万分之十的差异，确是核磁共 振用于结构分析的基础。
为了能显示化学位移，需要在小范围内变动磁场或电磁 波的频率。有两种办法，一是扫频法；二是扫场法。
（3 ）化学位移的表示：
特点： 1、 可直接提供样品中某一特定原子（C、 H）的各种化学或物理状态，并得出各自的 定量数据。
2 、 不必一定事先分离提纯，只要待测化 合物的特征吸收峰与共存杂质的不互相重 叠即可。
3、 摄制核磁共振谱不破坏样品。
一、核磁共振基本原理
核磁共振：原子核在外加磁场的作用下，吸收 电磁波的能量后，从一个自旋能级跃迁到另一 个能级后而产生的波谱。
原子序 数
自旋量子 数（I）
自旋形状
核磁共 振讯号
原子核
偶数 偶数
0
非自旋球 体
无
12C，16O，32S，28Si
奇数
偶数或 奇数
1/2，
自旋球体
有
1H，13C，15N，19F， 29Si，31P
奇数
偶数或 奇数
3/2， 5/2…
自旋椭圆 体
有
11B，17O，33S，35Cl，
37Cl，81Br， 79Br，127I
在谱图上，规定δ值由右至左递增。 当固定υ，改变H0—扫场。谱图的左方为低场，右方 为高场。
选TMS作标准物，因Ｈ都等同，只有一个峰。且电 负性Si＜C， Si具有供电性，甲基的质子周围电子云 密度大， 信号峰在高场。
二、从1H－NMR谱图中得到的信息
从谱图中得到如下信息: （一）信号的种类
H核的种类
偶数 奇数
1，2， 自旋椭圆
3…
体
有
2H，10B，14N
其中 I＝1/2的核可当作球体，核磁共振信号简单 I>1的核为椭球体，核磁信号复杂。
1H占氢同位素的99.985%，共振信号强，应用最广泛。 氢核磁共振又称质子核磁共振，简写为1H－NMR 或 PMR
13C的核磁共振，简写为13C－NMR或13CMR 。 13C的含量仅占碳同位素的1.069%，共振信号太弱，因 此对13C－NMR的研究比1H－NMR 难。计算机对信号 处理上万次后，叠加得到强信号。
振的频率为：
υ＝ 26750×14092/2π＝60 ×106HZ = 60MHZ
使H0与υ匹配的两种方法： 1. 固定H0，逐渐改变υ—扫频；
∨ 2. 固定υ，逐渐改变H0—扫场。
发生核磁共振时，会在 特定的υ或H０下出现信 号，如图：
3、 核磁共振仪简介 样品的准备:
溶液或液态的样品，加入内标物(TMS)。一般为 0.4ml，浓度为0.1~0.5M。为了避免干扰，常用不 含氢的溶剂如CCl4、CS2、CCl3F、CF3COCF3等； 也可以用氘代有机溶剂如CDCl3、CD3OD、 CD3COCD3等。氘代溶剂昂贵一些，其谱图中常出 现残存的氢峰
（二）信号的位置
化学位移，与H种类有关
（三）信号的积分（强度）
H核的数目
（四）信号的裂分
相邻H核之间的自旋偶合作 用－－相邻氢原子的数量
化学等价质子：化学环境相同的质子。 化学位移相同。
abcd CH3-CH2-CH2-OH
CH3
a
b
H3C C CH2Cl
四种质子，四组峰
CH3
两种质子，两组峰
信号的积分
1、 原子核及核的自旋
原子 原子核 电子
质子 带正电荷 中子 不带电荷
常用：原子量 X表示各种原子， 如 （ 1H、12C） 有些原子核有自旋现象（绕自身的轴旋转），常 用自旋量子数 I 表征。
磁核：某些I≠0的核的自旋可产 生一个小磁场，形成磁矩，这 种核有磁性，称为磁核。
哪些核有磁性呢？
质量数
场方向相反的感应磁场（H’），使磁核实受磁场有
所降低，核外电子的这种作用称屏蔽效应。
实际感受的磁场 H=Ho－H’ 而H’ = Hoσ （σ为屏蔽常数，百万分之几）
H=Ho（1 － σ）
处于不同化学环境的磁核受到不同的屏蔽作用，共
振频率会有差别：
υ＝
γ 2π
H。(1-σ)
（2）化学位移的定义：由于电子的屏蔽或去屏蔽引