核磁共振波谱法讲解
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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 1970年：Fourier(pulsed)-NMR 开始市场化（早期多使用的是连续波
NMR 仪器）
5
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2002年，库尔特·维特里希因“发明了利用核磁共 振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而
表示 H 核在磁场中，自旋轴只有两种取向： 与外加磁场方向相同，m=+1/2，磁能级较低 与外加磁场方向相反，m=-1/2，磁能级较高
11
两个能级的能量分别为： 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
h
h
p p E 1 /2 B 0 P 0 B m 2B 0 4B 0
p p E 1 /2 B 0 P 0 B m 2 hB 0 4 hB 0
NMR 分析，如1H，13C, 15N, 19F 。
Page 92
8
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
在无外加磁场时，核能级是简并的，各状态的能 量相同
9
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NMR基本原理
空间存在静磁场时，原子核自旋角动量在静磁场方向上的投影
Pm2hp或 m2ph(其 中 mI,I-1,I-2,.-..I)
获得诺贝尔化学奖
6
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NMR基本原理
一. 原子核能级的分裂及其描述
1. 原子核之量子力学模型
带电原子核自旋
自旋磁场
磁矩 (沿自旋轴方向)
磁矩 的大小与自旋角动量 P 有关（ 为磁旋比） ：
P
P＝[I(I+1)]1/2h/2p
每种核有其固定 值（H核为2.68×108T-1s-1)。
其中h为Planck常数 (6.62410-27erg.sec)；m为磁量子数，其大小由自
旋量子数 I 决定，m 共有2I+1个取值，即角动量 P 有 2I+1 个状态！ 或者说有 2I+1 个核磁矩。
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
对氢核来说，I=1/2，其m值只能有21/2+1=2个取向：+1/2和-1/2。也即
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 当核的质子数 Z 和中子数 N 均为偶数时，I=0 或 P=0， 该原子核将没有自旋现象发生。如12C，16O， 32S等核没有自旋。
• 当 Z 和 N 均为奇数时，I=整数，P0，该类核有自旋， 但NMR 复杂，通常不用于NMR分析。如2H，
14N等
• 当 Z 和 N 互为奇偶时，I=半整数，P0，可以用于
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
核磁共振波谱法 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR )
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简写为NMR）， 是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能 级发生塞曼分裂（Zeeman Splitting），共振吸收某一特 定频率的射频（radio frequency 简写为rf或RF）辐射的
冷却，但对室温的变化敏感，因此必须将其置于恒温槽内，再置于金属箱内进 行磁屏蔽。恒温槽不能断电，否则要将温度升到规定指标要2~3天！ 电磁铁：提供2.3T的场强，由软磁铁外绕上激磁线圈做成，通电产生磁场。它对外界温度 不敏感，达到稳定状态快，但耗电量大，需要水冷，日常维护难。 超导磁铁：提供5.8T的场强，最高可达12T，由金属(如Nb、Ta合金)丝在低温下(液氮)的 超导特性而形成的。在极低温度下，导线电阻挖为零，通电闭合后，电流可循 环不止，产生强磁场。特点是场强大、稳定性好，但仪器价格昂贵，日常维护 费用极高。 磁场漂移应在10-9-10-10之间----可通过场频锁定方式克服。 2）探头：由样品管、扫描线圈和接收线圈组成。样品管要在磁场中以几十Hz的速率旋转, 使磁场的不均匀平均化。扫描线圈与接收线圈垂直放置，以防相互干扰。在 CW-NMR中,扫描线圈提供10-5T的磁场变化来进行磁场扫描。 3）射频源：类似于激发源。为是到高分辨率，频率波动应小于10-8，输出功率(小于1W) 波动应小于1%。 4） 信号检测及信号处理。
物理过程
1
NMR仪器
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
一、分类：
按磁场来源：永久磁铁、电磁铁、超导磁铁
按照射频率：60MHz、90MHz、200MHz…………..
按扫描方式：连续波NMR仪（CW-NMR）和脉冲傅立叶变换NMR仪
（PFT-NMR）
二、仪器组成：如图。
2
1）ห้องสมุดไป่ตู้铁：产生一个恒定的、均匀资的料仅磁供参场考,。不当磁之处场，请强联系度改正增。 加，灵敏度增加。 永久磁铁：提供0.7046T(30MHz)或1.4092T(60MHz)的场强。特点是稳定，耗电少，不需
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2. 发展历史 1924年：Pauli 预言了NMR 的基本理论，即，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，并于同年制作了第一台高分辨NMR
级差约为2510-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm,4-900MHz)时，
将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR现象。
➢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。
NMR spectra
氢原子的位置、环境以及官能团和 C骨架上的H原子相对数目
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NMR简介
1. 一般认识 ➢ NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(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，亦可进行定量分析。
➢ 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
两式相减：E2B0
又因为，Eh0
2 p hB0
所以，h 2p
B0
h0
即，
0
2p
B0
B0 的单位为特斯拉(T,Kgs-2A-1),1T=104 Gauss
响与物质分子结构有关 1970年：Fourier(pulsed)-NMR 开始市场化（早期多使用的是连续波
NMR 仪器）
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2002年，库尔特·维特里希因“发明了利用核磁共 振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而
表示 H 核在磁场中，自旋轴只有两种取向： 与外加磁场方向相同，m=+1/2，磁能级较低 与外加磁场方向相反，m=-1/2，磁能级较高
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两个能级的能量分别为： 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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p p E 1 /2 B 0 P 0 B m 2B 0 4B 0
p p E 1 /2 B 0 P 0 B m 2 hB 0 4 hB 0
NMR 分析，如1H，13C, 15N, 19F 。
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在无外加磁场时，核能级是简并的，各状态的能 量相同
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NMR基本原理
空间存在静磁场时，原子核自旋角动量在静磁场方向上的投影
Pm2hp或 m2ph(其 中 mI,I-1,I-2,.-..I)
获得诺贝尔化学奖
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NMR基本原理
一. 原子核能级的分裂及其描述
1. 原子核之量子力学模型
带电原子核自旋
自旋磁场
磁矩 (沿自旋轴方向)
磁矩 的大小与自旋角动量 P 有关（ 为磁旋比） ：
P
P＝[I(I+1)]1/2h/2p
每种核有其固定 值（H核为2.68×108T-1s-1)。
其中h为Planck常数 (6.62410-27erg.sec)；m为磁量子数，其大小由自
旋量子数 I 决定，m 共有2I+1个取值，即角动量 P 有 2I+1 个状态！ 或者说有 2I+1 个核磁矩。
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
对氢核来说，I=1/2，其m值只能有21/2+1=2个取向：+1/2和-1/2。也即
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 当核的质子数 Z 和中子数 N 均为偶数时，I=0 或 P=0， 该原子核将没有自旋现象发生。如12C，16O， 32S等核没有自旋。
• 当 Z 和 N 均为奇数时，I=整数，P0，该类核有自旋， 但NMR 复杂，通常不用于NMR分析。如2H，
14N等
• 当 Z 和 N 互为奇偶时，I=半整数，P0，可以用于
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
核磁共振波谱法 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR )
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简写为NMR）， 是指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能 级发生塞曼分裂（Zeeman Splitting），共振吸收某一特 定频率的射频（radio frequency 简写为rf或RF）辐射的
冷却，但对室温的变化敏感，因此必须将其置于恒温槽内，再置于金属箱内进 行磁屏蔽。恒温槽不能断电，否则要将温度升到规定指标要2~3天！ 电磁铁：提供2.3T的场强，由软磁铁外绕上激磁线圈做成，通电产生磁场。它对外界温度 不敏感，达到稳定状态快，但耗电量大，需要水冷，日常维护难。 超导磁铁：提供5.8T的场强，最高可达12T，由金属(如Nb、Ta合金)丝在低温下(液氮)的 超导特性而形成的。在极低温度下，导线电阻挖为零，通电闭合后，电流可循 环不止，产生强磁场。特点是场强大、稳定性好，但仪器价格昂贵，日常维护 费用极高。 磁场漂移应在10-9-10-10之间----可通过场频锁定方式克服。 2）探头：由样品管、扫描线圈和接收线圈组成。样品管要在磁场中以几十Hz的速率旋转, 使磁场的不均匀平均化。扫描线圈与接收线圈垂直放置，以防相互干扰。在 CW-NMR中,扫描线圈提供10-5T的磁场变化来进行磁场扫描。 3）射频源：类似于激发源。为是到高分辨率，频率波动应小于10-8，输出功率(小于1W) 波动应小于1%。 4） 信号检测及信号处理。
物理过程
1
NMR仪器
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
一、分类：
按磁场来源：永久磁铁、电磁铁、超导磁铁
按照射频率：60MHz、90MHz、200MHz…………..
按扫描方式：连续波NMR仪（CW-NMR）和脉冲傅立叶变换NMR仪
（PFT-NMR）
二、仪器组成：如图。
2
1）ห้องสมุดไป่ตู้铁：产生一个恒定的、均匀资的料仅磁供参场考,。不当磁之处场，请强联系度改正增。 加，灵敏度增加。 永久磁铁：提供0.7046T(30MHz)或1.4092T(60MHz)的场强。特点是稳定，耗电少，不需
4
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2. 发展历史 1924年：Pauli 预言了NMR 的基本理论，即，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，并于同年制作了第一台高分辨NMR
级差约为2510-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm,4-900MHz)时，
将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR现象。
➢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。
NMR spectra
氢原子的位置、环境以及官能团和 C骨架上的H原子相对数目
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资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
NMR简介
1. 一般认识 ➢ NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(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，亦可进行定量分析。
➢ 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
两式相减：E2B0
又因为，Eh0
2 p hB0
所以，h 2p
B0
h0
即，
0
2p
B0
B0 的单位为特斯拉(T,Kgs-2A-1),1T=104 Gauss