核磁共振波谱NMR
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高测试样品的温度 （通常是在室温下测
试）。
源自文库
对于核磁共振氢谱 的测量，应采用氘 代试剂以便不产生
干扰信号。
对低、中极性的样 品，最常采用氘代 氯仿作溶剂，极性 大的化合物可采用 氘代丙酮、重水等。
为测定化学位移值， 需加入一定的基准物 质,即内标。若出于溶 解度或化学反应性等 的考虑，基准物质不 能加在样品溶液中，
导状态，及时补充液氦，则磁场强度不变。
超导核磁共振波谱仪： 200-400HMz；可 高 达600-700HMz
探头
圆柱形， 在磁体中心，放样品管。样品管外
径5mm的玻璃管,测量过程中旋转, 磁场作用均匀。
双核探头： 1H， 13C
四核探头： 1H，31P， 13C，15N
产生固 定频率 的探头
作用
核磁共振原理及仪器简介
核磁共振理论基础
NMR利用磁场中的磁性原子核吸收电磁波时产
N
N
生的能级分裂与共振现象。
S
N
N
S
原子核是带正电荷的粒子，其自旋将产生磁 场。形成的这一小磁体称为磁偶极子。
自旋量子数I与原子核组成(质子数p与中子
S
S
数n)的经验规律
核磁共振的产生的条件
核磁共振原理及仪器简介
I 0的核为磁性核，可以产生NMR信号 I = 0的核为非磁性核，无NMR信号。 I=1/2的原子核，其电荷均匀分布于原子核表面，这样的原子 核不具有四极矩，其核磁共振的谱线窄，最宜于核磁共振检测。
分辨 率高
连续波NMR仪器(CW-NMR)
脉冲FT-NMR
样品的制备
试样浓度
标样浓度
溶剂
氘代溶剂
5-10%；需要纯 样品15-30 mg；
傅立叶变换核 磁共振波谱仪需 要纯样品1 mg
（四甲基硅 烷 TMS）
1%；
1H谱 四 氯化碳， 二硫化碳
氯仿，丙酮、 苯、二甲基亚 砜的氘代物；
样品的制备
在测试样品时，选择 合适的溶剂配制样品 溶液，样品的溶液应 有较低的粘度，否则 会降低谱峰的分辨率。 若溶液粘度过大，应 减少样品的用量或升
核磁共振原理及仪器简介
一个自旋磁场方向与外加磁场（H0）方向一致，处于低能态， m＝+1/2，其能量E+1/2 = －μHH0 （自旋磁矩×外加磁场 强度）
另一个自旋磁场方向（磁矩）与外加磁场方向相反，处于高能态， m＝－1/2，其能量E-1/2 = +μHH0 ；
核磁共振原理及仪器简介
核磁共振的条件 : 二个频率相等（电磁波的频率与该核的回旋频率ν相等）
可将液态基准物质 （或固态基准物质的 溶液）封入毛细管再 插到样品管中，称之
为外标。
对碳谱和氢谱，基准物质最常用TMS(四甲 基硅烷)。
核磁共振原理及仪器简介
测定方法
装有试样液的试样管放到磁场强度 很大的两块电磁铁中间，用射频振荡器 高度稳定地发出固定频率的电磁波（ν不 变），在扫描发生器中，通直流电流， 可连续的调节外加磁场的强度进行扫 描—扫场。当磁场强度达到一定值H0时 试样中某一类型质子发生能量跃迁（共 振），然后，射频接受器通过射频接受 线圈，接受共振信号，信号经过放大在 记录器上绘出核磁共振谱图。
质子跃迁时需要的能量： ΔE =2μHH0
电磁波的能量：
ΔE’=hν
发生核磁共振时 ： ΔE=ΔE’
所以
hν=2μHH0
μH：自旋磁矩（2.79核磁子，1.41×10-23尔格/高斯）
2μH
V = h H0
H0： 外加磁场强度
h： 普朗克常数 (6.6256×10-27 尔格/秒）
ν： 电磁波频率
核磁共振原理及仪器简介
1952~1953
1952年Standford大 学的Bloch和Harvard 大学的Purcell独立证 实了上述假设。获 Nobel Prize 。1953年， 第一台NMR仪器FTNMR
1991,Ernst 对 高分辨核磁共振 方法发展（获 Nobel Prize）
□ 2002年 （生物大分 子的核磁分 析）美、日、 瑞科学家同 时获得二项 诺贝尔奖。
发射脉冲 电磁波
检测核磁 共振信号
高频电磁波发生器
任一瞬间只有一 种原子核处于共 振状态，其它核 处于等待状态
测定时 间短
在脉冲作用下， 该同位素的所有
核同时共振
样品 利用 率低
灵敏 度低
分辨 率低
一般1H-NMR测量
样品 利用
累加10-20次，需时 率高
1分左右；13C-NMR
测量需时数分。
灵敏 度高
核N磁uc共lear振M波a核g谱n磁eti共cN振RMe波sRo谱nanNceMRSpectroscopy
核磁共振原理及仪器简介
NMR发展简史、核磁共振理论基础、核磁共振波谱仪
核磁共振氢谱——1H NMR
自旋-自旋耦合spin-spin coupling、化学位移与化学结构 的关系、影响因素、解析方法
核磁共振氢谱——1H NMR
1H-核磁共振谱 (Nuclear magnetic Resonance) 自旋-自旋耦合spin-spin coupling
氢核自旋分裂原理示意图
•这种相邻近氢质 子之间相互干扰 作用称为自旋— 自旋偶合，简称
自旋偶合。
•偶合是分裂的原 因，分裂是偶合 的结果。
氢 核 所 产生 的 自 旋 磁 ?
(1 )
H
C
H =Ho+ H` Ho
H =Ho－H`
HH (2 )
C
H = Ho
2H
H = H o ＋ H `－ H ` = H o
Ho
H = H o － H ``＋ H ` = H o
H = Ho － 2H`
H
⑶
HC
H
H=Ho 3H`
Ho
H=Ho
H`
H=Ho H`
H=Ho 3H`
裂 分峰 H C
核磁共振波谱 NMR的现代应用
去偶差光谱DDS、NOE差光谱、INEPT谱、DEPT谱、二 维NMR谱（2D分解谱、2D相关谱、2D-INADEQUATE谱、 HMQC谱及TOCSY谱
核磁共振原理及仪器简介
NMR发展简史
2002
1924
1991
1924年 Pauli W.假 设特定的 原子核具有 自旋和磁矩， 放入磁场中 会产生能级 分裂
核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
外加磁场
探头
高频电磁波发生 器及接受器
数据处理及记录
核磁共振原理及仪器简介
超导磁铁 superconductive magnet
200MHz以上高频谱仪采用超导磁体利用铌钛合 金在液氦中(温度4K)的超导性质。只要不破坏超
试）。
源自文库
对于核磁共振氢谱 的测量，应采用氘 代试剂以便不产生
干扰信号。
对低、中极性的样 品，最常采用氘代 氯仿作溶剂，极性 大的化合物可采用 氘代丙酮、重水等。
为测定化学位移值， 需加入一定的基准物 质,即内标。若出于溶 解度或化学反应性等 的考虑，基准物质不 能加在样品溶液中，
导状态，及时补充液氦，则磁场强度不变。
超导核磁共振波谱仪： 200-400HMz；可 高 达600-700HMz
探头
圆柱形， 在磁体中心，放样品管。样品管外
径5mm的玻璃管,测量过程中旋转, 磁场作用均匀。
双核探头： 1H， 13C
四核探头： 1H，31P， 13C，15N
产生固 定频率 的探头
作用
核磁共振原理及仪器简介
核磁共振理论基础
NMR利用磁场中的磁性原子核吸收电磁波时产
N
N
生的能级分裂与共振现象。
S
N
N
S
原子核是带正电荷的粒子，其自旋将产生磁 场。形成的这一小磁体称为磁偶极子。
自旋量子数I与原子核组成(质子数p与中子
S
S
数n)的经验规律
核磁共振的产生的条件
核磁共振原理及仪器简介
I 0的核为磁性核，可以产生NMR信号 I = 0的核为非磁性核，无NMR信号。 I=1/2的原子核，其电荷均匀分布于原子核表面，这样的原子 核不具有四极矩，其核磁共振的谱线窄，最宜于核磁共振检测。
分辨 率高
连续波NMR仪器(CW-NMR)
脉冲FT-NMR
样品的制备
试样浓度
标样浓度
溶剂
氘代溶剂
5-10%；需要纯 样品15-30 mg；
傅立叶变换核 磁共振波谱仪需 要纯样品1 mg
（四甲基硅 烷 TMS）
1%；
1H谱 四 氯化碳， 二硫化碳
氯仿，丙酮、 苯、二甲基亚 砜的氘代物；
样品的制备
在测试样品时，选择 合适的溶剂配制样品 溶液，样品的溶液应 有较低的粘度，否则 会降低谱峰的分辨率。 若溶液粘度过大，应 减少样品的用量或升
核磁共振原理及仪器简介
一个自旋磁场方向与外加磁场（H0）方向一致，处于低能态， m＝+1/2，其能量E+1/2 = －μHH0 （自旋磁矩×外加磁场 强度）
另一个自旋磁场方向（磁矩）与外加磁场方向相反，处于高能态， m＝－1/2，其能量E-1/2 = +μHH0 ；
核磁共振原理及仪器简介
核磁共振的条件 : 二个频率相等（电磁波的频率与该核的回旋频率ν相等）
可将液态基准物质 （或固态基准物质的 溶液）封入毛细管再 插到样品管中，称之
为外标。
对碳谱和氢谱，基准物质最常用TMS(四甲 基硅烷)。
核磁共振原理及仪器简介
测定方法
装有试样液的试样管放到磁场强度 很大的两块电磁铁中间，用射频振荡器 高度稳定地发出固定频率的电磁波（ν不 变），在扫描发生器中，通直流电流， 可连续的调节外加磁场的强度进行扫 描—扫场。当磁场强度达到一定值H0时 试样中某一类型质子发生能量跃迁（共 振），然后，射频接受器通过射频接受 线圈，接受共振信号，信号经过放大在 记录器上绘出核磁共振谱图。
质子跃迁时需要的能量： ΔE =2μHH0
电磁波的能量：
ΔE’=hν
发生核磁共振时 ： ΔE=ΔE’
所以
hν=2μHH0
μH：自旋磁矩（2.79核磁子，1.41×10-23尔格/高斯）
2μH
V = h H0
H0： 外加磁场强度
h： 普朗克常数 (6.6256×10-27 尔格/秒）
ν： 电磁波频率
核磁共振原理及仪器简介
1952~1953
1952年Standford大 学的Bloch和Harvard 大学的Purcell独立证 实了上述假设。获 Nobel Prize 。1953年， 第一台NMR仪器FTNMR
1991,Ernst 对 高分辨核磁共振 方法发展（获 Nobel Prize）
□ 2002年 （生物大分 子的核磁分 析）美、日、 瑞科学家同 时获得二项 诺贝尔奖。
发射脉冲 电磁波
检测核磁 共振信号
高频电磁波发生器
任一瞬间只有一 种原子核处于共 振状态，其它核 处于等待状态
测定时 间短
在脉冲作用下， 该同位素的所有
核同时共振
样品 利用 率低
灵敏 度低
分辨 率低
一般1H-NMR测量
样品 利用
累加10-20次，需时 率高
1分左右；13C-NMR
测量需时数分。
灵敏 度高
核N磁uc共lear振M波a核g谱n磁eti共cN振RMe波sRo谱nanNceMRSpectroscopy
核磁共振原理及仪器简介
NMR发展简史、核磁共振理论基础、核磁共振波谱仪
核磁共振氢谱——1H NMR
自旋-自旋耦合spin-spin coupling、化学位移与化学结构 的关系、影响因素、解析方法
核磁共振氢谱——1H NMR
1H-核磁共振谱 (Nuclear magnetic Resonance) 自旋-自旋耦合spin-spin coupling
氢核自旋分裂原理示意图
•这种相邻近氢质 子之间相互干扰 作用称为自旋— 自旋偶合，简称
自旋偶合。
•偶合是分裂的原 因，分裂是偶合 的结果。
氢 核 所 产生 的 自 旋 磁 ?
(1 )
H
C
H =Ho+ H` Ho
H =Ho－H`
HH (2 )
C
H = Ho
2H
H = H o ＋ H `－ H ` = H o
Ho
H = H o － H ``＋ H ` = H o
H = Ho － 2H`
H
⑶
HC
H
H=Ho 3H`
Ho
H=Ho
H`
H=Ho H`
H=Ho 3H`
裂 分峰 H C
核磁共振波谱 NMR的现代应用
去偶差光谱DDS、NOE差光谱、INEPT谱、DEPT谱、二 维NMR谱（2D分解谱、2D相关谱、2D-INADEQUATE谱、 HMQC谱及TOCSY谱
核磁共振原理及仪器简介
NMR发展简史
2002
1924
1991
1924年 Pauli W.假 设特定的 原子核具有 自旋和磁矩， 放入磁场中 会产生能级 分裂
核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
外加磁场
探头
高频电磁波发生 器及接受器
数据处理及记录
核磁共振原理及仪器简介
超导磁铁 superconductive magnet
200MHz以上高频谱仪采用超导磁体利用铌钛合 金在液氦中(温度4K)的超导性质。只要不破坏超