第一章 核磁共振波谱分析法PPT课件
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两能级上核数目差：1.610-5；
弛豫(relaxtion)—高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)—低能态的核等于高能态的核。
在NMR中，弛豫过程有两种方式，即 自旋——晶格弛豫和自旋——自旋弛豫。 自旋——晶格弛豫，又称纵向弛豫，用T1表示； 自旋——自旋弛豫，又称横向弛豫，用T2表示。
E= H0 （磁矩）
四、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
在外磁场中，原子核 能级产生裂分，由低能 级向高能级跃迁，需要 吸收能量。
能级量子化。射频振 荡线圈产生电磁波。
对于氢核，能级差： E= H0 （磁矩） 产生共振需吸收的能量：E= H0 = h 0 由拉莫尔进动方程：0 = 2 0 = H0 ; 共振条件： 0 = H0 / (2 )
共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 )
能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij ex E p ik E T j ex k p E T ex h k p T
方式应用较多。 氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz
2.305 T 共振频率 100 MHz
讨论:
在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率 与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产 生化学位移和裂分，如右图所示。
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学 环境的信息，进一步确定化合物结构。
三、 核磁共振现象
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
当置于外磁场H0中时，相对 于外磁场有（2I+1）种取向：
氢核（I=1/2），两种取向： (1)与外磁场平行，能量低，磁量
二、原子核的自旋 atomic nuclear spin
=>
若原子核存在自旋，产生自旋角动量：
p h I(I1) 2
核
磁
矩：
p h I(I1) 2
（:磁旋比）
自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩。
质量数 原子序数
I
NMR信号
原子核
偶数 偶数
0
无
12C6 16O8 32S16
奇数 奇或偶数 1/2
第一章 核磁共振波谱分析法
nuclear magnetic resonance spectroscopy， NMR
Biblioteka Baidu
❖核磁共振基本原理 ❖核磁共振与化学位移 ❖自旋耦合与自旋裂分 ❖图谱解析与结构鉴定 ❖核磁共振波谱仪
第一节 核磁共振基本原理
principle of NMR
概述 原子核的自旋 核磁共振现象 核磁共振条件
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共 振 2 频 B 02 .6 率 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
N N ij ex 6 .p 6 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 6 2 0.0 3 0 6 2 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .99998
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。
z
z
z
m=1/2 m=1
m=2
H0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2
m= -1
m= -2
I=1/2
I=1
I=2
r
H0
P
1H
E2=+ H0
E= E2 － E1 = 2 H0
E1=－ H0
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
( 核磁共振现象)
两种取向不完全与外磁场平行，＝5424’ 和 125 36’
相互作用, 产生进动(拉莫尔
进动)进动频率 0； 角速度0；
0 = 2 0 = H0
磁旋比； H0外磁场强度； 两种进动取向不同的氢核
之间的能级差：
讨论:
共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率
变。
（2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，
需要的磁场强度H0和射频频率不同。 （3）固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率
处发生共振；也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场
产生单一的吸收峰； 实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在 外磁场作用下，运动着的电子产生相对于外磁场方向 的感应磁场，起到屏蔽作用，使氢核实际受到的外磁 场作用减小：
第二节 核磁共振与化学位移
NMR and chemical shift
核磁共振与化学位移 影响化学位移的因素
一、核磁共振与化学位移
nuclear magnetic resonance and chemical shift
1.屏蔽作用与化学位移
理想化的、裸露的氢核，满足共振条件：
0 = H0 / (2 )
一、概述
introduction
核磁共振波谱是以兆 (10-1~102MHz)数量级 的电磁波作用于原子核，原子核产生自旋跃迁所 得的吸收谱。
由于各原子所处化学环境不同，使各种有机 物的核磁共振谱不同，用以测定纯化合物结构、 混合物成分及定量分析等。
特点：
▪与通常的吸收光谱相比，其来源不同，来源于 原子核自旋跃迁所得吸收谱； ▪应用范围广，有机、无机、定性、结构分析、 定量等； ▪不需要标准样品，可直接进行定量； ▪不破坏样品； ▪只能研究磁性核 。
(2) I=1 或 I >1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个椭圆体，电荷分
布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核
1H，13C，19F，31P 原子核可看作核电荷均
有
1H1 13C6 19F9 15N7 31P15
奇数 奇或偶数 3/2 5/2… 有 11B5 35Cl17 79Br35 81Br35 17O8 33S16
偶数 奇数
1,2,3
有
2H1 14N7
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自旋，没有磁矩，
不产生共振吸收
弛豫(relaxtion)—高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)—低能态的核等于高能态的核。
在NMR中，弛豫过程有两种方式，即 自旋——晶格弛豫和自旋——自旋弛豫。 自旋——晶格弛豫，又称纵向弛豫，用T1表示； 自旋——自旋弛豫，又称横向弛豫，用T2表示。
E= H0 （磁矩）
四、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
在外磁场中，原子核 能级产生裂分，由低能 级向高能级跃迁，需要 吸收能量。
能级量子化。射频振 荡线圈产生电磁波。
对于氢核，能级差： E= H0 （磁矩） 产生共振需吸收的能量：E= H0 = h 0 由拉莫尔进动方程：0 = 2 0 = H0 ; 共振条件： 0 = H0 / (2 )
共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 )
能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij ex E p ik E T j ex k p E T ex h k p T
方式应用较多。 氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz
2.305 T 共振频率 100 MHz
讨论:
在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率 与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产 生化学位移和裂分，如右图所示。
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学 环境的信息，进一步确定化合物结构。
三、 核磁共振现象
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
当置于外磁场H0中时，相对 于外磁场有（2I+1）种取向：
氢核（I=1/2），两种取向： (1)与外磁场平行，能量低，磁量
二、原子核的自旋 atomic nuclear spin
=>
若原子核存在自旋，产生自旋角动量：
p h I(I1) 2
核
磁
矩：
p h I(I1) 2
（:磁旋比）
自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩。
质量数 原子序数
I
NMR信号
原子核
偶数 偶数
0
无
12C6 16O8 32S16
奇数 奇或偶数 1/2
第一章 核磁共振波谱分析法
nuclear magnetic resonance spectroscopy， NMR
Biblioteka Baidu
❖核磁共振基本原理 ❖核磁共振与化学位移 ❖自旋耦合与自旋裂分 ❖图谱解析与结构鉴定 ❖核磁共振波谱仪
第一节 核磁共振基本原理
principle of NMR
概述 原子核的自旋 核磁共振现象 核磁共振条件
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共 振 2 频 B 02 .6 率 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
N N ij ex 6 .p 6 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 6 2 0.0 3 0 6 2 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .99998
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。
z
z
z
m=1/2 m=1
m=2
H0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2
m= -1
m= -2
I=1/2
I=1
I=2
r
H0
P
1H
E2=+ H0
E= E2 － E1 = 2 H0
E1=－ H0
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
( 核磁共振现象)
两种取向不完全与外磁场平行，＝5424’ 和 125 36’
相互作用, 产生进动(拉莫尔
进动)进动频率 0； 角速度0；
0 = 2 0 = H0
磁旋比； H0外磁场强度； 两种进动取向不同的氢核
之间的能级差：
讨论:
共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率
变。
（2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，
需要的磁场强度H0和射频频率不同。 （3）固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率
处发生共振；也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场
产生单一的吸收峰； 实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在 外磁场作用下，运动着的电子产生相对于外磁场方向 的感应磁场，起到屏蔽作用，使氢核实际受到的外磁 场作用减小：
第二节 核磁共振与化学位移
NMR and chemical shift
核磁共振与化学位移 影响化学位移的因素
一、核磁共振与化学位移
nuclear magnetic resonance and chemical shift
1.屏蔽作用与化学位移
理想化的、裸露的氢核，满足共振条件：
0 = H0 / (2 )
一、概述
introduction
核磁共振波谱是以兆 (10-1~102MHz)数量级 的电磁波作用于原子核，原子核产生自旋跃迁所 得的吸收谱。
由于各原子所处化学环境不同，使各种有机 物的核磁共振谱不同，用以测定纯化合物结构、 混合物成分及定量分析等。
特点：
▪与通常的吸收光谱相比，其来源不同，来源于 原子核自旋跃迁所得吸收谱； ▪应用范围广，有机、无机、定性、结构分析、 定量等； ▪不需要标准样品，可直接进行定量； ▪不破坏样品； ▪只能研究磁性核 。
(2) I=1 或 I >1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个椭圆体，电荷分
布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核
1H，13C，19F，31P 原子核可看作核电荷均
有
1H1 13C6 19F9 15N7 31P15
奇数 奇或偶数 3/2 5/2… 有 11B5 35Cl17 79Br35 81Br35 17O8 33S16
偶数 奇数
1,2,3
有
2H1 14N7
讨论:
(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自旋，没有磁矩，
不产生共振吸收