核磁共振氢谱课件

2020/4/2
氢核磁矩的取向
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由此可见，Fra Baidu bibliotek磁距在资料仅供外参考,不磁当之处场，请联系空改正。间的取向不是任意的，
而是量子化的，这种现象称为空间量子化。不同取向的核
磁矩在磁场方向Z轴上的分量取决于角动量在Z轴上的分
量（PZ）：
Pz
h
2
m
以此可得：
Z
m h
2
核磁矩的能量与μZ 和外磁场强度H0有关
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（二）核磁共振光谱分类 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
1、按原子核种类可分为1H、13C、19F、31P等核磁共振谱。 ➢ 氢谱 主要是给出三方面的结构信息： ①质子类型（-CH3、-CH2-、 CH、=CH2、 CH 、Ar-H、 -OH、-CHO）及质子化学环境； ②氢分布；③核间关系。
P2h I(I 1)
自旋将产生核磁矩，其方向服 从右手法则：大拇指的方向为核 磁矩方向，其它四个指头指向为 自旋方向。
核磁矩的大小取决于自旋角动量 P及磁旋比γ：
P2 h I(I1 )
质子的自旋 （a）核自旋方向与核磁矩方向 （b）右手螺旋法则
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二、原子核的自旋能级和共振吸收 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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。
第一节 概 述 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)： 指原子核在磁场中吸收一定频率的无线电波， 而发生自旋能级跃迁的现象。
❖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。
1、在有机结构研究方面 可测定化学结构及立 体结构（构型、构象）、互变异构现象等，与紫外、 红外、质谱配合使用，是确定有机化合物结构最重 要的手段之一。这个方法的最大特点是样品不会被 破坏，可回收。
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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。
分子的振动-转 动能级
NMR 60cm-300m 原子核的自旋能级
测定方法
图谱 纯度
测定不同波长的透光率获得吸收 光谱
A(ε) -
T(T%)-
98%
共振吸收法
信号强度- 或τ 98%
②测定方法不同。
➢紫外及红外吸收光谱——亮背景下测暗信号。 ➢核磁共振信号——暗背景下测定核磁共振信号，灵敏度较高。
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❖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。
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（一）核磁共振波谱与资料紫仅供参外考,不当-之可处，请联见系改正光。 谱及红外光谱的区别
①照射频率不同而引起的跃迁类型不同。
照射频率 跃迁类型
UV 200-760nm
价电子
IR
2.5-25 m
偶数
奇数
1/2
3/2 1/2 3/2
1
例
12C、16O、32S
1H、19F、31P、 15N
11B、79Br 13C 33S
2H、14N
2、核磁矩（μ）资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
自旋量子数I不为0的核能产生自旋，它具有一定的角动量，称为 自旋角动量（spin angular momentum):
但不能给出不含氢基团的共振信号。 ➢ 碳谱 可给出丰富碳骨架的信息，但其峰面积与碳数一 般不成比例关系。因而氢谱和碳谱可互为补充。 ➢ 19F和31P谱 只能用于含F含P的化合物，应用范围较窄。
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2、按照射频率分类 照射频率越大，核间干扰 越小，图谱的清晰度越高。照射频率越大，图谱越 清晰，峰间的距离越拉得开。
（3）质量数为偶数，电荷数为奇数的核，I=整数（1、 2、3……），这类核也有自旋现象，但由于它们的核磁 距2空020/间4/2 量子化比较复杂，所以目前研究较少。
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各种核的自旋量子数
质量数
电荷数 （原子序数）
自旋量子数 （I）
偶数
偶数
0
奇数 奇数
奇数
偶数
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（一）核自旋能级分裂
原子核在磁场中，核磁矩的取向有 2I+1 个，不同的取向能量不 同，每一种取向用 磁量子数m（magnetic quant-um number)表示。
m = I, I-1, I-2……-I+1,-I 如1H（I=1/2），m有两种取向(21212)：m=1/2、 -1/2；又 如2H（I=1），m有三个取向，m=1、0、-1。
3、按核间干扰程度分为一级光谱和高级光谱（ 二级以上）。
4、按消除或改变核间干扰方式分为去偶谱、偏 共振谱。
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（三）核磁共振波谱法的应用 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
核磁共振谱的应用极为广泛，可概括为定性、定 量及定结构研究、物理化学研究、生物活性测定、 药理研究及医疗诊断等方面。
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❖能级的能量为：
m E 1 2 m;E 2 2h(H 01 2)2 hH0
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第二节 基 本 原 理 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
一、原子核的自旋
1、自旋分类 核自旋特征用自旋量子数 I 来描述
（1）质量数与电荷数（原子序数）都为偶数的核，I=0， 无自旋现象，不会产生核磁共振信号，如12C、16O等。
✓（2）质量数为奇数，电荷数可为奇数，如1H、19F 等； 也可为偶数的核，如13C 等。I=半整数 （ 1/2，3/2， 5/2……），I=1/2的核是目前核磁共振研究与测定的主要 对象。
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EH0m2h H0
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不同取向的核具有不同的能级，对于I=1/2的核，在外 加磁场作用下，核磁距有两个方向，一个与H０相同， m=1/2称顺磁场，能量低；另一个方向与H０相反，m=-1/2， 称逆磁场，能量高。两者的能级差随H０增大而增大，这 种现象称为能级分裂。