核磁共振与电子顺磁共振波谱法培训课件

原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应
磁场，就像形成了一个磁屏蔽，使外磁场对原子核的
作用减弱了，即实际作用在原子核上的磁场为 H0(1), 称为屏蔽常数，它反映了核所处的化学环境。
v H0(1) 2
在一定的辐射频率下，处于不同化学环境的有机
化合物中的质子，产生核磁共振的磁场强度或共振
吸收频率不同的现象，称为化学位移。
共振条件式
Eh vH 0 I
EhvgH0
磁子/J/T
g因子 (又称朗德因子，无量纲) 结构表征的主要参数
常用谱图
称为核磁子，
1H的＝5.05×10-27
氢核1H的g因子为 gN＝5.5855 耦合常数J，单位Hz；化
学位移，常用单位ppm
核吸收谱的吸收曲线和 积分曲线
称为玻尔磁子，
电子的＝9.273×10-24
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。
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3.1 核磁共振波谱
射频辐射——原子核(强磁场下能级分裂)——吸收 ──能级跃迁──NMR
分裂峰之间的距离称为耦合常数，一般用nJ 表 示(n为两 H 氢间的键数)，单位为Hz。J是核之间 耦合强弱的标志，它说明了它们之间相互作用的 能量，因此是化合物结构的属性，与外磁场强度 的大小无关。
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3.2 1H－核磁共振波谱
• 3.2.2 谱图表示方法
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3.2 1H－核磁共振波谱
• 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
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3.2 1H－核磁共振波谱
• 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分子内部相邻碳原子 上氢核自旋也会相互干 扰，通过成键电子之间 的传递，形成相邻质子 之间的自旋－自旋耦合， 而导致谱峰发生分裂， 即自旋－自旋分裂。
自由电子的g因子为 ge＝2.0023 超精细分裂常数，常 用单位特斯拉
电子吸收谱的一级微分 曲线
源自文库
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3.1 核磁共振波谱
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，有时亦可进行定量分析。
第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱 法
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)和电 子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance, EPR)与 UV和IR相同，也属于吸收波谱。EPR又称为电子自旋 共振谱(Electron Spin Resonance, ESR)。
是一个比值，用ppm计量，与磁场强度无关，
各种不同仪器上测定的数值一样。也用 作为化学
位移的参数， ＝10－ 。
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3.2 1H－核磁共振波谱
• 3.2.2 谱图表示方法
如果化学位移用 v 表 示，则化学位移与耦合常 数的差别是：前者与外加 磁场强度有关，场强越大， 也越大；而后v者与场强无 关，只和化合物结构有关。
测定有机化合物的结构，1HNMR──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）
与UV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。
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• 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
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3.2 1H－核磁共振波谱
• 3.2.2 谱图表示方法
把TMS峰在横坐标的位置定为横坐标的原点(一
般在谱图右端)。其它各种吸收峰的化学位移用化
学位移参数 值表示， 的定义：
振荡器 v(单 工位 H (作 单 )z 频 位 M率 H) z
v为各吸收峰与TMS吸收峰之间共振频率的差值。
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• 3.2.2 谱图表示方法
1H-NMR谱图可提供的主要信息是： (1) 化学位移值；
确认氢原子所处的化学环境，即属于何种基团。 (2) 耦合常数；
推断相邻氢原子的关系与结构。 (3) 吸收峰面积
确定分子中各类氢原子的数量比。
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• 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分裂峰数是由 邻碳原子上的氢原 子数n决定的，为 n＋1，其峰面积之 比为二项展开式系 数。
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3.2 1H－核磁共振波谱
• 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
横坐标表示的是化学位移和耦合常数，而纵坐
标表示的是吸收峰的强度。
由于屏蔽效应而引起质子共振频率的变化量极
小，很难分辨，因此，采用相对变化量来表示化
学位移的大小。一般选用四甲基硅烷(TMS)为标准
物，因为： CH 3
H 3 C Si CH 3
CH 3
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3.2 1H－核磁共振波谱
• 3.2.2 谱图表示方法
a) 由于四个甲基中12 个H 核所处的化学环境完全相 同，因此在核磁共振图上只出现一个尖锐的吸收峰；
b) 屏蔽常数 较大，因而其吸收峰远离待研究的峰的
高磁场(低频)区； c) TMS—化学惰性、溶于有机物、易被挥发除去；
此外，也可根据情况选择其它标准物。 含水介质：三甲基丙烷磺酸钠。 高温环境：六甲基二硅醚。
NMR和EPR是将样品置于强磁场中，然后用射频源 来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能级 的共振跃迁；而ESR是使未成对的电子产生自旋能级 的共振跃迁。
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第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱 法
NMR
ESR
研究对象
具有磁矩的原子核
具有未成对电子的物质