核磁共振波谱法讲解
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核磁共振波谱法详解
• 常用的溶剂有D2O、CDCl3、CD3OD(甲醇-d4)、 CD3CD2OD(乙醇-d6)、CD3COCD3(丙酮-d6)、 C6D6(苯-d6)及CD3SOCD3(二甲基亚砜-d6； DMSO-d6)等。
第37页/共70页
• 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↗，
第21页/共70页
↗
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
第6页/共70页
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。
第7页/共70页
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。
第51页/共70页
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
第52页/共70页
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。
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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↗，
第21页/共70页
↗
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。
第51页/共70页
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
第52页/共70页
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》PPT课件
采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确 性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但 也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪 比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准 曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保 持稳定，避免由于化学变化导 致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品 的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提 高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号 强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法 。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不 同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化 学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用 时，它们之间的能级会发生耦合，导 致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解 析分子内部的相互作用和结构信息。
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
分析化学核磁共振波谱法
分析化学核磁共振波谱法分析化学核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR）是一种非常重要的分析技术，广泛应用于有机化学、生物化学等领域。
本文将从基本原理、仪器设备、样品制备和应用等方面对NMR进行分析。
基本原理核磁共振波谱法是基于核磁共振现象的，核磁共振是指在外加静磁场和射频磁场的作用下，原子核能级的分裂现象。
当样品中的核磁共振活性核被置于静磁场中时，它会分裂成若干个子能级，对应着不同的共振频率。
这些频率可以测量并转换为核磁共振谱图，从而确定样品中不同核的化学环境和相对位置。
仪器设备核磁共振仪包括主磁场、射频系统和梯度线圈等部分。
主磁场是核磁共振仪的核心组成部分，它通过产生一个稳定且均匀的静磁场使样品中的核磁共振现象能够发生。
射频系统用于产生能与样品中核的共振频率相匹配的射频脉冲，从而激发样品中的核磁共振信号。
梯度线圈用于产生梯度磁场，使样品中不同位置的核有不同的共振频率，从而可以对核的位置进行定位。
样品制备样品的制备是进行核磁共振分析的关键步骤，其中要求样品的纯度和浓度都需要达到一定的要求。
通常，为了提高样品的分析效果，可以进行特定的样品制备，例如通过标记原子核来增强信号强度，或者通过选择性的核磁共振脉冲来增强特定核的信号。
应用核磁共振波谱法在许多领域具有重要的应用价值。
在有机化学中，核磁共振波谱法常用于确定分子的结构和化学环境，从而帮助确定分子的组成和结构。
在生物化学中，核磁共振波谱法可以用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构和功能，从而帮助理解生物反应的机理。
此外，核磁共振波谱法还可以应用于材料科学、医学和环境科学等领域。
总结通过分析化学核磁共振波谱法的基本原理、仪器设备、样品制备和应用等方面，可以看出核磁共振波谱法是一种重要而常用的分析技术。
它可以提供关于化合物结构、分子环境和分子动力学等方面的信息，对于解决化学和生物化学中的许多问题具有不可替代的作用。
7-核磁共振波谱法解析
H
H
H H 2.99 H H H H
9.28 H
H
H
双键 三键
28
苯环
环内正屏蔽区
环外去屏蔽区
29
双键
30
三键
键轴向为屏蔽 区，其它为去 屏蔽区。
31
32
（3）氢键效应
形成氢键后1H核屏蔽作用减少，氢键属于去屏蔽效应。
33
4. 各种质子的大致化学位移
34
CH3
0.9
O CH3
Ha，Hb化学等价，磁不等同。 J Ha Fa≠J Hb Fa Fa，Fb化学等价，磁不等同。
H 2' X H2 H3 H 3' Y
47
5
O H H 3C C N H
自旋系统
自旋系统分类
OCH3
• 自旋系统：把几个互相偶 合的核，按偶合作用的强 弱，分成不同的自旋系统， 系统内部的核互相偶合， 但不和系统外的任何核相 互作用。系统与系统之间 O 是隔离的.
2
核磁共振波谱仪
3
二、 傅立叶变换核磁共振仪
不是通过扫场或 扫频产生共振； 恒定磁场，施加 全频脉冲，产生共 振，采集产生的感 应电流信号，经过 傅立叶变换获得一 般核磁共振谱图。
4
傅立叶变换
5
超导核磁共振波谱仪：
永久磁铁和电磁铁：
磁场强度<25 kG
超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导材 料制备的超导线圈；在低温4K，处于超 导状态；磁场强度>100 kG 开始时，大电流一次性励磁后，闭合 线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变； 温度升高，“失超”；重新励磁。 超导核磁共振波谱仪： 200-400HMz；可 高达600-700HMz；
核磁共振波谱法基本原理
核磁共振波谱法基本原理核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）是一种利用核磁共振现象进行分析的方法。
核磁共振是基于原子核的特定性质，在外加磁场作用下，原子核能够吸收具有特定频率的电磁波并发生共振现象的现象。
该方法通过检测不同原子核的共振信号来获取样品的结构和组成信息。
核磁共振波谱法基于原子核中的自旋（Spin）性质。
自旋是描述原子核内部的一种性质，可以与外加磁场相互作用。
在没有外加磁场作用下，原子核的自旋朝向是随机的。
然而，当样品置于强磁场中时，原子核的自旋会排列在不同能级上。
这些能级之间存在能量差，当这些能级之间的能量差等于外加电磁波的能量时，原子核就会发生共振吸收。
核磁共振波谱仪的基本构造包括磁场系统、射频系统、探测系统和计算机系统。
磁场系统用来产生强磁场，常见强磁场有永磁磁体、超导磁体等。
射频系统则用来产生特定频率的电磁波，以激发样品中的原子核共振吸收。
探测系统用来接收样品发出的信号，并将其转化为电信号，进一步处理和分析。
计算机系统则用来进行数据处理和结果分析。
在进行核磁共振波谱实验时，首先将样品放置于磁场中，样品中的原子核会受到磁场的作用，并分裂为不同能级。
接下来，通过调节射频系统产生特定频率的电磁波，激发样品中的原子核发生共振吸收。
这时，探测系统会接收样品发出的共振信号，并将其转化为电信号。
最后，计算机系统会对接收到的信号进行数学处理，生成核磁共振波谱图。
核磁共振波谱图是核磁共振波谱法的主要结果，可以提供关于样品的结构和组成的信息。
波谱图中的共振信号对应于不同原子核的吸收峰，其化学位移（Chemical Shift）可以帮助确定样品中的不同官能团或基团。
同时，共振信号的相对积分面积可以提供定量分析所需的信息。
总体而言，核磁共振波谱法通过利用原子核在磁场中的共振吸收现象，能够提供丰富的结构和组成信息。
它在有机化学、无机化学、生物化学等领域有着广泛的应用，成为了一种重要的分析手段。
核磁共振波谱法讲义课件
环境科学中的应用
总结词
核磁共振波谱法在环境科学中也有重要的应 用。
详细描述
核磁共振波谱法可用于研究环境中的污染物 和天然有机物。通过测量水中、土壤中、大 气中有机污染物的核磁共振信号，核磁共振 波谱法能够提供关于污染物的种类、浓度和 分布的信息。此外，核磁共振波谱法还可用 于研究天然有机物（如腐殖质）的组成和降
多维核磁共振技术
多维核磁共振技术是一种通 过使用多个频率和磁场分量 来解析核磁共振信号的技术
。
通过多维核磁共振技术，可 以获得更丰富的化学位移信 息和耦合常数信息，从而更
好地解析分子结构。
多维核磁共振技术被广泛应 用于有机化学、材料科学等 领域，对于研究有机分子结 构、材料组成等具有重要意 义。
06 核磁共振波谱法实验操作演示
药物代谢与动力学研究
总结词
核磁共振波谱法在药物代谢与动力学研 究中具有广泛的应用。
VS
详细描述
核磁共振波谱法可用于研究药物在体内的 代谢过程和动力学行为，进而揭示药物的 作用机制和药效。通过测量药物分子在不 同时间点的代谢产物和浓度，核磁共振波 谱法能够提供关于药物吸收、分布、代谢 和排泄的重要信息，有助于新药开发和优 化治疗方案。
耦合常数
测量相邻原子核间自旋作用的强度和方向，揭示分子结构中的空间构型和相互作用。
04 核磁共振波谱法的实验技术应用
CHAPTER
有机化合物的结构鉴定
要点一
总结词
核磁共振波谱法是一种常用的实验技术，可用于有机化合 物的结构鉴定。
要点二
详细描述
核磁共振波谱法是一种基于核自旋磁矩的实验技术，通过 测量原子核在磁场中的共振频率来确定分子的结构。在有 机化合物的结构鉴定中，核磁共振波谱法可用于确定分子 中各原子的连接方式和化学环境，进而推断出分子的三维 结构。常见的核磁共振波谱法包括一维和二维核磁共振谱 ，其中二维核磁共振谱能够提供更丰富的结构信息。
第十二章 核磁共振波谱法优秀课件
如何避免饱和？——让高能级的核回到低能级（弛豫）， 且弛豫的速度比激发跃迁的速度快，至少一样快
弛豫的方式 （1）发射辐射：几乎不可能 （2）非辐射弛豫：主要方式 A、自旋-晶格弛豫（spin-lattice or longitudinal relaxation)
核自旋体系将能量传递给周围环境 B、自旋-自旋弛豫（spin-spin or transverse relaxation)
Nj/N0=exp(-γhB0 /2πkT)
例题：计算当质子处于B0=4.69 T的磁场中时高能级和低能
级的数目之比，温度为20 oC。
Nj exp( E)exp( hB0 )
N0
kT
2kT
Nj N0
2.6 81 08T1 s1 6.6 31 034J s4.6 9T exp( 23.141.381023JK1293K
和标准的共振频率（分别为νｘ和νｓ ），以两共振频率的差 值同所用仪器的射频频率ν０的比值来表示化学位移δ
δ＝ （ νｘ －νｓ ）／ ν０×１０６ （ｐｐｍ） 扫场模式： δ＝ （Ｂｘ－Ｂｓ）／ Ｂ０ ×１０６（ｐｐｍ） δ与仪器的频率无关： 如：１１２－三氯丙烷甲基质子：２.２３ｐｐｍ
（4）以谁为参考标准？ 最佳选择：没有任何化学位移的氢核——不可能 选择ＴＭＳ（四甲基硅烷）
主要内容
第一节 概述 第二节 核磁共振的基本原理 第三节 化学位移与其影响因素 第四节 自旋耦合与自旋裂分 第五节 核磁共振波谱仪 第六节 核磁共振波谱法的应用
第一节
概述
核磁共振波谱法是一种基于测量物质对电磁辐射吸收的分 析方法。
（1）与紫外-可见光谱法和红外光谱法原理相似，都是基 于物质对电磁辐射的吸收的测量方法；
弛豫的方式 （1）发射辐射：几乎不可能 （2）非辐射弛豫：主要方式 A、自旋-晶格弛豫（spin-lattice or longitudinal relaxation)
核自旋体系将能量传递给周围环境 B、自旋-自旋弛豫（spin-spin or transverse relaxation)
Nj/N0=exp(-γhB0 /2πkT)
例题：计算当质子处于B0=4.69 T的磁场中时高能级和低能
级的数目之比，温度为20 oC。
Nj exp( E)exp( hB0 )
N0
kT
2kT
Nj N0
2.6 81 08T1 s1 6.6 31 034J s4.6 9T exp( 23.141.381023JK1293K
和标准的共振频率（分别为νｘ和νｓ ），以两共振频率的差 值同所用仪器的射频频率ν０的比值来表示化学位移δ
δ＝ （ νｘ －νｓ ）／ ν０×１０６ （ｐｐｍ） 扫场模式： δ＝ （Ｂｘ－Ｂｓ）／ Ｂ０ ×１０６（ｐｐｍ） δ与仪器的频率无关： 如：１１２－三氯丙烷甲基质子：２.２３ｐｐｍ
（4）以谁为参考标准？ 最佳选择：没有任何化学位移的氢核——不可能 选择ＴＭＳ（四甲基硅烷）
主要内容
第一节 概述 第二节 核磁共振的基本原理 第三节 化学位移与其影响因素 第四节 自旋耦合与自旋裂分 第五节 核磁共振波谱仪 第六节 核磁共振波谱法的应用
第一节
概述
核磁共振波谱法是一种基于测量物质对电磁辐射吸收的分 析方法。
（1）与紫外-可见光谱法和红外光谱法原理相似，都是基 于物质对电磁辐射的吸收的测量方法；
现代仪器分析 第六章 核磁共振波谱法PPT课件
❖核磁共振波谱(NMR spectrum)：以 核磁共振信号强度对照射频率(或磁 场强度)作图所得图谱。
❖核磁共振波谱法：利用核磁共振波 谱进行结构（包括构型、构象）测定 、定性及定量的方法。
第一节 概 述
核：磁性质的原子核 磁：外加磁场 共振：吸收射频辐射产生核自旋能
级跃迁，产生NMR信号
研究的对象是处于强磁场中原子核对射频辐射的吸收
③
H0=0
E＝
h
2
H
0
m＝+1/2
I (I 1) I (I 1)
I＝1/2核的能级分裂
ω0 = 2πν0 = γH0 ν0 = γH0/ (2π)
h 0
E
h 2
H0
0
2
H0
第 三 节 核磁共振波谱仪
（一）主要组成及部件的功能
共振吸收法是利用原子核在磁场中，能级跃迁时核磁矩方 向改变而产生感应电流，来测定核磁共振信号。
结论：质量数和电荷数两者或其一为奇数时，才有非零的核自 旋量子数。
I = 0 时，P = 0，原子核无自旋现象 I≥ ½ 时，原子核有自旋现象
Ｉ＝1/2的原子核
11H ,
163C,
199F ,
175N ,
P 31
15
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁 矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物 的主要组成元素。
2、物理化学研究方面 可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速率常数等。
第一节 概 述
3、在定量方面 可以测定某些药物的含量及纯度检查。
4、医疗与药理研究 由于核磁共振具有能深入物体内部，而不破坏样品的特点，因 而可进行活体研究，在生物化学药品方面也有广泛应用。如酶 活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织鉴别、药物与受 体间的作用机制等。近年来，核磁共振成像仪，已用于人体疾 病的诊断。
❖核磁共振波谱法：利用核磁共振波 谱进行结构（包括构型、构象）测定 、定性及定量的方法。
第一节 概 述
核：磁性质的原子核 磁：外加磁场 共振：吸收射频辐射产生核自旋能
级跃迁，产生NMR信号
研究的对象是处于强磁场中原子核对射频辐射的吸收
③
H0=0
E＝
h
2
H
0
m＝+1/2
I (I 1) I (I 1)
I＝1/2核的能级分裂
ω0 = 2πν0 = γH0 ν0 = γH0/ (2π)
h 0
E
h 2
H0
0
2
H0
第 三 节 核磁共振波谱仪
（一）主要组成及部件的功能
共振吸收法是利用原子核在磁场中，能级跃迁时核磁矩方 向改变而产生感应电流，来测定核磁共振信号。
结论：质量数和电荷数两者或其一为奇数时，才有非零的核自 旋量子数。
I = 0 时，P = 0，原子核无自旋现象 I≥ ½ 时，原子核有自旋现象
Ｉ＝1/2的原子核
11H ,
163C,
199F ,
175N ,
P 31
15
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁 矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物 的主要组成元素。
2、物理化学研究方面 可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速率常数等。
第一节 概 述
3、在定量方面 可以测定某些药物的含量及纯度检查。
4、医疗与药理研究 由于核磁共振具有能深入物体内部，而不破坏样品的特点，因 而可进行活体研究，在生物化学药品方面也有广泛应用。如酶 活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织鉴别、药物与受 体间的作用机制等。近年来，核磁共振成像仪，已用于人体疾 病的诊断。
核磁共振波谱法
核磁共振波谱法
新方法、新技术如二维核磁共振谱(2D-NMR) 等不停涌现和完善，使NMR波谱在化学、医药、 生物学和物理化学等领域应用愈为广泛。
第4页
第二节 核磁共振基本原理
一1.、自原旋子分核类自旋
原子核含有质量并带正电荷，大多数核有自旋现象，在 自旋时产生磁矩，磁矩方向可用右手螺旋定则确定，核 磁矩和核自旋角动量P都是矢量，方向相互平行。核自旋特 征用自旋量子数I来描述,核自旋按I为零、半整数及整数分 为三种类型:
屏蔽效应越强，即值越大, 共振信号越在高场出现。
核磁共振波谱法
CH3CH2Cl
第28页
化学位移：
chemical shift
屏蔽作用使氢核产生共振需要更 大外磁场强度（相对于裸露氢核）， 来抵消屏蔽影响。
因为屏蔽效应存在，不 一样化学环境氢核共振频率 不一样，这种现象称为化学 位移。
核磁共振波谱法
为了防止溶剂本身信号干扰！
核磁共振波谱法
第24页
16.3 化学位移
屏蔽效应 化学位移表示 化学位移影响原因 不一样类别质子化学位移
核磁共振波谱法
第25页
实现核磁共振要满足特定核共振条件：
2
H0
同一个核，磁旋比相同。固定
了磁场强度，全部1H必定含有相
同共振频率。在NMR波谱上就
只有一个吸收信号。
第11页
2.共振吸收条件
核有自旋(磁性核)
v0 = v: 照射频率等于核进动频率
吸收电磁波能量E等于ΔE，即： E = hv0 =ΔE
代入式 E = E2 - E1 =
h 2
H0
得：
0
2
H0
当v0 =v时，照射电磁波就与核磁矩发生作用，使处于低 能级核吸收电磁波能量跃迁到高能级，核磁矩对H0取向发生 倒转。这种现象叫做核磁共振。
《仪器分析》——核磁共振波谱法
标准物
～ 有机溶剂时常用四13甲C 基m硅g烷（TMS）
重水时 4，4-二甲基-4硅代戊磺酸钠（DSS）
扫描范围 足够的谱带宽度
19
➢ 当电磁辐射的 0= 时， 产生共振吸收
H
02
0
E
无磁场
1
m =-
2
1
m =+
外加磁场
2
I＝1/2核的能级分裂
1 2
H0
❖ 屏蔽效应 ❖ 屏蔽常数 ❖ 化学位移
20
环内 =-2.99 环外 =9.28
十八碳环壬烯C18H18
1 2
H0
27
苯环
正屏蔽区
负屏蔽区
=7.27
负屏蔽 （向左，低场）
H0
正屏蔽 （向右，高场）
1 2
H0
28
双键
负屏蔽区
负屏蔽 峰左移
H0
正屏蔽区
烯氢的质子处于负屏蔽区， 左移（4.5-5.7）
乙烯氢 5.25
29
叁键
正屏蔽 峰右移
炔氢的质子处于正屏蔽区， 右移 例如：乙炔氢 2.88，乙烯氢 5.25
n
2 3.1 4 1.3 8 10 300
1.0000099
低能态的核仅比高能态核多十万分之一 强射频波照射，吸收饱和，NMR信号消失
高能态核
恢复至低能态
14
三、自旋弛豫
非辐射途径
高能态核
恢复至低能态
T-半衰期（驰豫过程所需时间）
两种形式： 1.自旋-晶格弛豫（纵向驰豫） T1 2.自旋-自旋弛豫（横向驰豫） T2
自旋感应产生核磁矩( µ)
µ= P ❖磁旋比 是原子核的特征常数
核磁共振波谱法详细解析
TMS 60MHz
10
9.0
（低3.场0 ）
2.0
8.0
7.0
6.0
1.0
0ppm (δ)
ν0 固定
5.0
4.0
（高场）
✓ 左端为低场高频，右端为高场低频
精品课件
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 160 16,0＝ H 样 H 标 160
核磁共振波谱法 ( NMR )
精品课件
♫概述
一、核磁共振和核磁共振波谱法 1.核磁共振(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。
精品课件
♫概述
2.核磁共振波谱：以核磁共振信号强度对照 射频率（磁场强度）作图，所得图谱。
自旋－自旋驰豫：处于高能态的核自旋体系将能量传 递给邻近低能态同类磁性核的过程
精品课件
*2. 共振吸收条件
1)h0Eh2 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) 跃迁至逆磁场(m=-1/2) →共振吸收。
感应磁场方向
核
H0
绕核电子在外加磁场 的诱导下产生与外加 磁场方向相反的感应 磁场（次级磁场、抗 磁场）
屏蔽效应：由于感应磁场的存在，使原子核实受磁
场强度稍有降低
精品课件
一、屏蔽效应
现代仪器分析——核磁共振波谱法ppt课件
• 相当于光谱仪器中的检测器。
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 变温元 件
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11
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
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8
主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后 撤去电源。
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9
射频发射器
• 偶合是短程的
– 相互裂分的氢核间只 能间隔两到三个化学 键；
• 峰裂分的n + 1规律
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17
五、应用
未知化合物1H NMR谱图的解析
解析步骤: ① 根据分子式计算不饱和度； ② 测量积分曲线每一个台阶的高度，折算成整数比，然后 折算成每组峰所对应的氢原子数； ③ 根据化学位移值、质子数目及峰裂分情况推测结构单元 ； ④ 计算剩余的结构单元的不饱和度； ⑤ 组合结构单元成为可能的结构式； ⑥ 对所有可能结构进行指认,排除比可能的结构； ⑦ 借助其它仪器分析法进行进一步确认。
CH3CH2I
CH2I
-CH3
TMS
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
探头
• 样品管座 发射线圈 接收线圈 预放大器 变温元 件
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扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场， 依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器 会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的 谱图，许多次扫描累加，费时。
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主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后 撤去电源。
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射频发射器
• 偶合是短程的
– 相互裂分的氢核间只 能间隔两到三个化学 键；
• 峰裂分的n + 1规律
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五、应用
未知化合物1H NMR谱图的解析
解析步骤: ① 根据分子式计算不饱和度； ② 测量积分曲线每一个台阶的高度，折算成整数比，然后 折算成每组峰所对应的氢原子数； ③ 根据化学位移值、质子数目及峰裂分情况推测结构单元 ； ④ 计算剩余的结构单元的不饱和度； ⑤ 组合结构单元成为可能的结构式； ⑥ 对所有可能结构进行指认,排除比可能的结构； ⑦ 借助其它仪器分析法进行进一步确认。
CH3CH2I
CH2I
-CH3
TMS
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
核磁共振波谱法详细解析
即： m = 1，0，-1
I=1 氢核磁矩的取向
核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的,是量
子化的，这种现象称为空间量子化。
用μZ表示不同取向核磁矩在外磁场方向的投影。
h μz m 2π
核磁矩的能量与μz和外磁场强度H0有关：
h E Z H 0 m H0 2
二、化学位移 例： CH3Br, 标准物：四甲基硅烷TMS
①H0=1.4092T, νCH3=60MHz+162Hz,
νTMS=60MHz
162 Hz 6 10 2.70 ppm 6 60 10 Hz
二、化学位移
② H0=2.3487T, νCH3=100MHz+270Hz,
νTMS=100MHz
原子核自旋能级跃迁
2.测定方法不同： UV、IR－－测定A（T） NMR －－共振吸收法 共振吸收法：利用原子核在磁场中，核 自旋能级跃迁时核磁矩方向改变产生感应 电流来得到NMR信号。
♫概述
三、核磁共振波谱法的应用
1.测定有机物结构：化学及立体结构（构型、构像、 互变异构）
2.医学：核磁共振成像技术（医疗诊断）
共有 2I+1 个取向； 每一种取向用磁量子数m表示，则m=I, I-1, I2,…, -I+1, -I。
1 1 1 m 例：I=1/2时， 2 1 2 即： , m 2 2 2
顺磁场 低能量
逆磁场 高能量
氢核磁矩的取向
例：I=1时，
2 1 1 3 个取向，
2
h H0 2 11 h h E2 ) h H0 H E 2 (( 1 ) ) E ( H 0
（二）原子核的共振吸收 1. 进动
I=1 氢核磁矩的取向
核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的,是量
子化的，这种现象称为空间量子化。
用μZ表示不同取向核磁矩在外磁场方向的投影。
h μz m 2π
核磁矩的能量与μz和外磁场强度H0有关：
h E Z H 0 m H0 2
二、化学位移 例： CH3Br, 标准物：四甲基硅烷TMS
①H0=1.4092T, νCH3=60MHz+162Hz,
νTMS=60MHz
162 Hz 6 10 2.70 ppm 6 60 10 Hz
二、化学位移
② H0=2.3487T, νCH3=100MHz+270Hz,
νTMS=100MHz
原子核自旋能级跃迁
2.测定方法不同： UV、IR－－测定A（T） NMR －－共振吸收法 共振吸收法：利用原子核在磁场中，核 自旋能级跃迁时核磁矩方向改变产生感应 电流来得到NMR信号。
♫概述
三、核磁共振波谱法的应用
1.测定有机物结构：化学及立体结构（构型、构像、 互变异构）
2.医学：核磁共振成像技术（医疗诊断）
共有 2I+1 个取向； 每一种取向用磁量子数m表示，则m=I, I-1, I2,…, -I+1, -I。
1 1 1 m 例：I=1/2时， 2 1 2 即： , m 2 2 2
顺磁场 低能量
逆磁场 高能量
氢核磁矩的取向
例：I=1时，
2 1 1 3 个取向，
2
h H0 2 11 h h E2 ) h H0 H E 2 (( 1 ) ) E ( H 0
（二）原子核的共振吸收 1. 进动
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NMR 分析，如1H，13C, 15N, 19F 。
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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)
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
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
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
7
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
两式相减：E2B0
又因为，Eh02 p Βιβλιοθήκη B0所以，h 2pB0
h0
即，
0
2p
B0
B0 的单位为特斯拉(T,Kgs-2A-1),1T=104 Gauss
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
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
获得诺贝尔化学奖
6
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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)。
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）磁铁：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
3
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
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。
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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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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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)
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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
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）
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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
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
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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
两式相减：E2B0
又因为，Eh02 p Βιβλιοθήκη B0所以，h 2pB0
h0
即，
0
2p
B0
B0 的单位为特斯拉(T,Kgs-2A-1),1T=104 Gauss
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
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。
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
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)。
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）磁铁：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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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
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。
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。
10
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