第八章 核磁共振波谱_PPT课件
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(1) 与外磁场平行，能量低，磁
量子数ｍ＝＋1/2;
(2) 与外磁场相反，能量高，
生物膜和脂质的多形性研究
化学位移各向异性的研究
脂质双分子层的脂质分子动态结构
金属离子同位素的应用
生物膜蛋白质——脂质的互相作用
动力学核磁研究
压力作用下血红蛋白质结构的变化
质子密度成像
生物体中水的研究
T1T2成像
生命组织研究中的应用
化学位移成像
生物化学中的应用
其它核的成像
在表面活性剂方面的研究
1991年诺贝尔化学奖：恩斯特R.R.Ernst（1933－） 瑞士物理 化学家
他的主要成就在于他在发展高分辨 核磁共振波谱学方面的杰出贡献。 这些贡献包括：
一.脉冲傅利叶变换核磁共振谱
二.二维核磁共振谱
三.核磁共振成像
2002诺贝尔化学奖: 瑞士科学家库尔特·. 维特里希“for his development of nuclear
概述
核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段 ，由 于其可深入物质内部而不破坏样品 ，并具有迅速、 准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用 ，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以 及材料等学科 ，在科研和生产中发挥了巨大作用 。
核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫 (F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发 现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多 年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科 。
一、 原子核的自旋
（1）一些原子核像电子一样存在自
旋现象，因而有自旋角动量：
h
P = [I(I+1)]1/2
2
I 为自旋量子数
（2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故 在自旋时会产生 核 磁矩：μ = P
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核
具有不同的磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。
个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收 复杂，研究应用较少；
（重要） (2)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
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。
二、 核磁共振现象
氢核（I=1/2），两种取向（两 个能级）：
magnetic resonance spectroscopy for determining the threedimensional structure of biological macromolecules in solution".
他将获得2002年诺贝尔化学奖另一半的奖金。
If one knows all the measurements of a house one can draw a three-dimensional picture of that house. In the same way, by measuring a vast number of short distances in a protein, it is possible to create a three-dimensional picture of that protein.
核磁共振适合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于
了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D）
发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧
的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子
间的关系表现得更加清晰。
在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振
2003年诺贝尔医学奖 :美国科学家保罗·劳特布尔 (Paul Lauterbur)和英国科学家彼得·曼斯菲尔德(Peter Mansfield )
Peter
用核磁共振层析“拍摄”的脑截面图象
MRI is used for imaging of all organs in the body.
核磁共振应用
核磁共振的定义
所谓核磁共振（NMR）是指处在外磁场中物质的 原子核受到相应频率的电磁波作用时，在其磁能级之间 发生的共振跃迁现象，检测电磁波被原子核吸收的情况 得到的谱图就是核磁共振波谱。
E B0 E
就本质而言，核磁共振波谱与红外、紫外可见 吸收光谱是一样的，属于吸收电磁波而导致能级跃 迁产生的，属于吸收光谱范畴。根据核磁共振波谱 图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子 结构。
这个名词，包括我们在日常生活中熟悉的大集团。而且它在化工、石
油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业
部门用途日益广泛。
在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不
高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。但在石油化工、医疗
诊断方法应用较多。
一些实际的应用
分子结构的测定
偶数 奇数
1, 3, 5 222
0
I 12,1H1, 13C6,19F9,15N7
I
3 2
,11B5
,
35Cl17
,
I
5,17 2
O8
12C6,16O8,32S16
1，2，3…… I 1,2H1,14N7,I 3,10B5
讨论:
(1) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I 这类原子核的核电荷分布可看作一
（3） μ 与P方向平行。 1H 2.79270 13C 0.70216
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很象
磁棒，在外加磁场ຫໍສະໝຸດ Baidu，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩
质量数（a）原子序数（Z）自旋量子（I）
例子
奇数
偶数 偶数
奇或偶
指定部位的高分辨成像
原油的定性鉴定和结构分析
元素的定量分析
沥青化学结构分析
有机化合物的结构解析
涂料分析
表面化学
农药鉴定
有机化合物中异构体的区分和确定 食品分析
大分子化学结构的分析
药品鉴定
主要内容
第一节 核磁共振基本原理 第二节 核磁共振与化学位移 第三节 自旋偶合与自旋裂分 第四节 谱图解析与结构确定 第五节 13C核磁共振波谱
量子数ｍ＝＋1/2;
(2) 与外磁场相反，能量高，
生物膜和脂质的多形性研究
化学位移各向异性的研究
脂质双分子层的脂质分子动态结构
金属离子同位素的应用
生物膜蛋白质——脂质的互相作用
动力学核磁研究
压力作用下血红蛋白质结构的变化
质子密度成像
生物体中水的研究
T1T2成像
生命组织研究中的应用
化学位移成像
生物化学中的应用
其它核的成像
在表面活性剂方面的研究
1991年诺贝尔化学奖：恩斯特R.R.Ernst（1933－） 瑞士物理 化学家
他的主要成就在于他在发展高分辨 核磁共振波谱学方面的杰出贡献。 这些贡献包括：
一.脉冲傅利叶变换核磁共振谱
二.二维核磁共振谱
三.核磁共振成像
2002诺贝尔化学奖: 瑞士科学家库尔特·. 维特里希“for his development of nuclear
概述
核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段 ，由 于其可深入物质内部而不破坏样品 ，并具有迅速、 准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用 ，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以 及材料等学科 ，在科研和生产中发挥了巨大作用 。
核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫 (F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发 现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多 年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科 。
一、 原子核的自旋
（1）一些原子核像电子一样存在自
旋现象，因而有自旋角动量：
h
P = [I(I+1)]1/2
2
I 为自旋量子数
（2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故 在自旋时会产生 核 磁矩：μ = P
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核
具有不同的磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。
个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收 复杂，研究应用较少；
（重要） (2)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
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。
二、 核磁共振现象
氢核（I=1/2），两种取向（两 个能级）：
magnetic resonance spectroscopy for determining the threedimensional structure of biological macromolecules in solution".
他将获得2002年诺贝尔化学奖另一半的奖金。
If one knows all the measurements of a house one can draw a three-dimensional picture of that house. In the same way, by measuring a vast number of short distances in a protein, it is possible to create a three-dimensional picture of that protein.
核磁共振适合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于
了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D）
发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧
的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子
间的关系表现得更加清晰。
在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振
2003年诺贝尔医学奖 :美国科学家保罗·劳特布尔 (Paul Lauterbur)和英国科学家彼得·曼斯菲尔德(Peter Mansfield )
Peter
用核磁共振层析“拍摄”的脑截面图象
MRI is used for imaging of all organs in the body.
核磁共振应用
核磁共振的定义
所谓核磁共振（NMR）是指处在外磁场中物质的 原子核受到相应频率的电磁波作用时，在其磁能级之间 发生的共振跃迁现象，检测电磁波被原子核吸收的情况 得到的谱图就是核磁共振波谱。
E B0 E
就本质而言，核磁共振波谱与红外、紫外可见 吸收光谱是一样的，属于吸收电磁波而导致能级跃 迁产生的，属于吸收光谱范畴。根据核磁共振波谱 图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子 结构。
这个名词，包括我们在日常生活中熟悉的大集团。而且它在化工、石
油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业
部门用途日益广泛。
在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不
高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。但在石油化工、医疗
诊断方法应用较多。
一些实际的应用
分子结构的测定
偶数 奇数
1, 3, 5 222
0
I 12,1H1, 13C6,19F9,15N7
I
3 2
,11B5
,
35Cl17
,
I
5,17 2
O8
12C6,16O8,32S16
1，2，3…… I 1,2H1,14N7,I 3,10B5
讨论:
(1) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I 这类原子核的核电荷分布可看作一
（3） μ 与P方向平行。 1H 2.79270 13C 0.70216
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很象
磁棒，在外加磁场ຫໍສະໝຸດ Baidu，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩
质量数（a）原子序数（Z）自旋量子（I）
例子
奇数
偶数 偶数
奇或偶
指定部位的高分辨成像
原油的定性鉴定和结构分析
元素的定量分析
沥青化学结构分析
有机化合物的结构解析
涂料分析
表面化学
农药鉴定
有机化合物中异构体的区分和确定 食品分析
大分子化学结构的分析
药品鉴定
主要内容
第一节 核磁共振基本原理 第二节 核磁共振与化学位移 第三节 自旋偶合与自旋裂分 第四节 谱图解析与结构确定 第五节 13C核磁共振波谱