第十四章 核磁共振波谱法
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22
第三节 化学位移
一、屏蔽效应
理想化的、裸露的氢核；满足共振条件：
0 = H0 / (2 )
核外电子及其他因素对抗外 加磁场的现象称为屏蔽效应
H =（1- ）H0
σ称为屏蔽常数
2
(1 )H0
23
讨论
①在H0一定时(扫频)，屏蔽常数σ大的氢核，进 动频率ν小，共振峰(共振吸收峰)出现在核磁共 振谱的低频端(右端)；反之，出现在高频端(左 端)。
在氢核附近有电负性(吸电子作用)较大的原子 成基团时，则氢核的电子云密度降低，抗磁屏蔽 减弱，信号峰在低场出现。
-O-H，
大
低场
-C-H，
小
高场
26
2．磁各向异性或称远程屏蔽效 是化学键，尤其是π 键产生的感应磁场，
其强度及正负具有方向性，使在分子中所 处的空间位置不同的质子，所受的屏蔽作 用不同，导致不同区域内的质子移向高场 和低场的现象。
12
第二节 核磁共振仪
一、连续波核磁共振仪 组成：磁铁、探头、射频发生器、射频接收器、
扫描发生器、信号放大及记录仪 磁铁：产生一个恒定的、均匀的磁场。磁场强度
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。
(2)双键(C＝O及C＝C)： 双键的π电子形成结面， 结面电子在外加磁场诱导 下形成电子环流，从而产 生感应磁场。双键上下为 两个锥形的屏蔽区，双键 平面上为去屏蔽区
29
(3)叁键：碳—碳叁键的π电子 以键轴为中心呈对称分布(共四 块电子云)，在外磁场诱导下， π电子可以形成绕键轴的电子环 流，从而产生感应磁场。在键轴 方向上下为正屏蔽区；与键轴垂 直方向为负屏蔽区，与双键的磁 各向异性的方向相差90。。炔氢 有一定的酸性，其外围电子云密 度较低，但它处于三键的正屏蔽 区。故其化学位移δ值小于烯氢
(H0)的关系
2
H0
8
2．共振吸收条件
（1）Δm＝±1：跃迁只
能发生在两个相邻能级
间。 （2）ν0=ν：在外磁场 中若使核发生自旋能级
跃迁，所吸收电磁波的
能量hν0必须等于能级能 量差ΔE，即hν0 ＝ΔE 。 对于I＝1／2核。
0
2
H0
9
讨论：
（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
场方式应用较多。
氢核（1H）：1.409 T 2.305 T
共振频率 60 MHz 共振频率 100 MHz
无外磁场时，核磁矩的取向是 任意的。若将原子核置于磁场中， 则核磁矩可有不同的排列，共有 2I+1个取向。
以磁量子数m来表示每一种取向， 则：
m=I，I-1，I-2，…-I+1，-I 如：1H的I=1/2，在外磁场作 用下，有2I+1=2个取向，即 m=±1/2。
5
核磁矩在外磁场空间的取向是量子化的，这种现
的氢核的核磁矩的存在，轻微地改变了被偶合氢 核的屏蔽效应而发生。
19
三、溶剂和试样测定 选择溶剂时主要考虑对试样的溶解度，不
产生干扰信号，所以氢谱常使用氘代溶剂， 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。
B为基础值。
甲基：B=0.87
亚甲基：B=1.20
次甲基：B=1.55
Si：取代基对化学位移的贡献
32
例：
33
2．烯氢的化学位移
CCH 5.28 Z同 Z顺 Z反
例：
Hc
Ha
CC
CH3COO
Hb
a 5.28 0 0 0.67 4.61
b 5.28 0 0.40 0 4.88
c 5.28 2.09 0 0 7.37
H
R顺
CC
R同
R反
34
第四节 偶合常数
一、自旋偶合和自旋分裂
35
（一）自旋分裂的产生 自旋偶合是核自旋产生的核磁矩间的相互干扰，
又称为自旋—自旋偶合，简称自旋偶合。 自旋分裂是由自旋偶合引起共振峰分裂的现象，
又称为自旋—自旋分裂简称自旋分裂。 在氢—氢偶合中，峰分裂是由于邻近碳原子上
21
在NMR中，通常以四甲基硅烷(TMS)作标准物，
CH3
H3C Si CH3
CH3
因为：
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；
用核磁共振频率的相对值来表示化学位移，符号 为δ，单位为ppm。
H0固定时：
样品 标准 10（6 ppm) 10（6 ppm)
标准
标准
ν0固定时：
H标准 H样品 106 ( ppm)
H 标准
25
三、影响化学位移的因素
1．局部屏蔽效应 是氢核核外成键电子云产生 抗磁屏蔽效应。
（1）自旋—晶格弛豫（纵向弛豫） 处于高能 态的核自旋体系将能量传递给周围环境(晶格或溶 剂)，自己回到低能态的过程。弛豫过程所需的时 间用半衰期T1表示，T1越小，弛豫效率越高。 （2）自旋—自旋弛豫（横向弛豫） 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。这种过程只是同类磁性核自旋状态能量交 换，不引起核磁总能量的改变。其半衰期用T2表示。
NMR一般要求试样纯度＞98％，试样量一般 为10mg左右。
20
制备试样溶液时，常需加入标准物，以 有机溶剂溶解试样时，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(DSS)。 这两种标准物的甲基屏蔽效应都很强，共 振峰出现在高场。一般氢核的共振峰都出 现在它们的左侧。因而规定它们的δ值为 0.00ppm。
磁场漂移应在10-9-10-10之间----可通过场频锁定 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。
射频源：为提高分辨率，频率波动应小于10-8， 输出功率(小于1W )波动应小于1%。
② ν0一定时(扫场)，则σ大的氢核，需在较大 的H0下共振，共振峰出现在高场(右端)；反之出现 在低场(左端)。
核磁共振谱的右端相当于低频、高场；左端相 当于高频、低场。
低场
H0
高场
屏蔽效应小
屏蔽效应大
大
小
24
二、化学位移的表示
由于屏蔽效应的存在，不同化学环境的氢核的共 振频率(进动频率，吸收频率)不同，这种现象称为 化学位移。
27
（1）苯环
在苯环中心，感应磁场的 磁力线与外磁场的磁力线 方向相反，使处于苯环中 心的质子实受外磁场强度 降低，屏蔽效应增大，具 有这种作用的空间称为正 屏蔽区，以“+”表示。处 于正屏蔽区的质子的δ值 降低(峰右移)。
在平行于苯环平面四周的空间，次级磁场的磁 力线与外磁场一致，使得处于此空间的质子实受 场强增加，这种作用称为顺磁屏蔽效应。相应的 空间称为去屏蔽区或负屏蔽区，以”-”表示。 28
15
R为照射线圈， D为接收线圈， Helmholtz线圈 是扫场线圈，通 直流电用来调节 磁铁的磁场强度。 R、D与磁场方向 三者互相垂直， 互不干扰。
16
射频是由照射频率发生器产生，通过照射线圈R作 用于试样上。试样溶液装在样品管中插人磁场，样 品管匀速旋转以保障所受磁场的均匀性。用扫场线 圈调节外加磁场强度，在满足某种化学环境的原子 核的共振条件时，则该核发生能级跃迁，核磁矩方 向改变，在接收线圈D中产生感应电流(不共振时无 电流)。感应电流被放大、记录，即得NMR信号。在 依次改变磁场强度，满足不同化学环境核的共振条 件，则获得核磁共振谱。
30
3．氢键效应：使电子云密度平均化，使OH 或SH中质子移向低场。如分子间形成氢键， 其化学位移与溶剂特性及其浓度有关; 如 分子内形成氢键则与溶剂浓度无关，只与 分子本身结构有关。
溶剂选择原则：稀溶液；不能与溶质有强 烈相互作用
31
四、几类质子的化学位移 1．甲基氢、亚甲基氢、次甲基氢
B Si
固定照射频率，改变磁场强度获得核磁共振谱 的方法称为扫场法。
固定磁场强度，改变照射频率而获得核磁共振 的方法称为扫频法。
17
二、傅立叶变换核磁共振波谱仪
18
傅立叶变换核磁共振波谱仪以适当变领的射频 脉冲作为“多道发射机”，使所有的核同时激发 ，得到全部共振信号。当脉冲发射时，试样中每 种该都对脉冲中单个频率产生吸收。接受器得到 自由感应衰减信号（FID）。FID信号经滤波、模 ／数(A／D)转换器数字化后被计算机采集。由计 算机进行傅立叶变换运算，使其转变成频率（ν ）的函数，经过数／模(D／A)转换器变换模拟量 ，得到通常的NMR谱图。
m 1; 2
E
1 2
rh
2
H0
1
1 rh
m ; 2
E 2
2
H0
E
E2
E1
rh
2
H0
7
（二）原子核的进动与共振吸收
1．原子核进动
如果核磁矩与核外加磁场方向 成一夹角θ时，则自旋核受到一 个外力矩的作用，核磁矩将围绕 外磁场进行拉莫尔进动（或称拉 莫尔回旋）。
进动频率(ν)与外加磁场强度
其他半整数，如11H、136C等，有自旋、磁矩，产生 核磁共振信号。
3
2．核磁矩（μ）
原子核的自旋角动量：
P h I (I 1)
2
自旋量子数不为零的原子 核都有磁矩；核磁矩的方向 服从右手法则；其大小与自 旋角动量成正比。
rP
r：磁旋比
4
二、原子核的自旋能级和共振吸收
（一）核自旋能级分裂
象称为空间量子化。
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
Z
rm
h
2
核磁矩的能量与μZ和外磁场强度H0有关：
E
Z H0
m r h
2
H0
6
不同取向的核具有不同的能级，I为1／2的核，
m＝1／2的PZ顺磁场，能量低；m＝-l／2的PZ逆磁 场，能量高。两者的能级差随H0的增大而增大， 这种现象称为能级分裂。
10
三、自旋弛豫
氢核置于外加磁场后,低能态核(n+)和高能态核 (n-)的比例服从Boltzmann分布
n
E
e kT
rhH0
e 2kT
n
例如：当H0=1.4092T，温度为300K时，高能态和
低能态的1H核数之比为：
n( 12) 0.99999 n( 12)
11
高能态核通过一些非辐射途径回到低能态的过程 称为核自旋弛豫。
第十四章 核磁共振波谱法
1
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 （nuclear magnetic resonance NMR）。
以核磁共振信号强度对照射频率(或磁场强度) 作图，即为核磁共振波谱。
核磁共振波谱法是利用核磁共振波谱进行结构 (包括构型和构象)测定、定性及定量分析的方法。
2
第一节核磁共振波谱法的基本原理
（一）原子核的自旋
1.自旋分类
自旋现象：原子核自旋特征用自旋量子数I来描述。
原子核可按Ｉ的数值分为以下三类 ：
①电荷数和质量数均为偶数，Ｉ=0，磁矩为0，不产生 核磁共振信号。如126C
②电荷数为奇数，质量数为偶数。Ｉ=整数，如21H ③质量数为奇数，电荷数可为奇数或偶数，Ｉ=1/2或
13
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。
第三节 化学位移
一、屏蔽效应
理想化的、裸露的氢核；满足共振条件：
0 = H0 / (2 )
核外电子及其他因素对抗外 加磁场的现象称为屏蔽效应
H =（1- ）H0
σ称为屏蔽常数
2
(1 )H0
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讨论
①在H0一定时(扫频)，屏蔽常数σ大的氢核，进 动频率ν小，共振峰(共振吸收峰)出现在核磁共 振谱的低频端(右端)；反之，出现在高频端(左 端)。
在氢核附近有电负性(吸电子作用)较大的原子 成基团时，则氢核的电子云密度降低，抗磁屏蔽 减弱，信号峰在低场出现。
-O-H，
大
低场
-C-H，
小
高场
26
2．磁各向异性或称远程屏蔽效 是化学键，尤其是π 键产生的感应磁场，
其强度及正负具有方向性，使在分子中所 处的空间位置不同的质子，所受的屏蔽作 用不同，导致不同区域内的质子移向高场 和低场的现象。
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第二节 核磁共振仪
一、连续波核磁共振仪 组成：磁铁、探头、射频发生器、射频接收器、
扫描发生器、信号放大及记录仪 磁铁：产生一个恒定的、均匀的磁场。磁场强度
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。
(2)双键(C＝O及C＝C)： 双键的π电子形成结面， 结面电子在外加磁场诱导 下形成电子环流，从而产 生感应磁场。双键上下为 两个锥形的屏蔽区，双键 平面上为去屏蔽区
29
(3)叁键：碳—碳叁键的π电子 以键轴为中心呈对称分布(共四 块电子云)，在外磁场诱导下， π电子可以形成绕键轴的电子环 流，从而产生感应磁场。在键轴 方向上下为正屏蔽区；与键轴垂 直方向为负屏蔽区，与双键的磁 各向异性的方向相差90。。炔氢 有一定的酸性，其外围电子云密 度较低，但它处于三键的正屏蔽 区。故其化学位移δ值小于烯氢
(H0)的关系
2
H0
8
2．共振吸收条件
（1）Δm＝±1：跃迁只
能发生在两个相邻能级
间。 （2）ν0=ν：在外磁场 中若使核发生自旋能级
跃迁，所吸收电磁波的
能量hν0必须等于能级能 量差ΔE，即hν0 ＝ΔE 。 对于I＝1／2核。
0
2
H0
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讨论：
（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
场方式应用较多。
氢核（1H）：1.409 T 2.305 T
共振频率 60 MHz 共振频率 100 MHz
无外磁场时，核磁矩的取向是 任意的。若将原子核置于磁场中， 则核磁矩可有不同的排列，共有 2I+1个取向。
以磁量子数m来表示每一种取向， 则：
m=I，I-1，I-2，…-I+1，-I 如：1H的I=1/2，在外磁场作 用下，有2I+1=2个取向，即 m=±1/2。
5
核磁矩在外磁场空间的取向是量子化的，这种现
的氢核的核磁矩的存在，轻微地改变了被偶合氢 核的屏蔽效应而发生。
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三、溶剂和试样测定 选择溶剂时主要考虑对试样的溶解度，不
产生干扰信号，所以氢谱常使用氘代溶剂， 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。
B为基础值。
甲基：B=0.87
亚甲基：B=1.20
次甲基：B=1.55
Si：取代基对化学位移的贡献
32
例：
33
2．烯氢的化学位移
CCH 5.28 Z同 Z顺 Z反
例：
Hc
Ha
CC
CH3COO
Hb
a 5.28 0 0 0.67 4.61
b 5.28 0 0.40 0 4.88
c 5.28 2.09 0 0 7.37
H
R顺
CC
R同
R反
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第四节 偶合常数
一、自旋偶合和自旋分裂
35
（一）自旋分裂的产生 自旋偶合是核自旋产生的核磁矩间的相互干扰，
又称为自旋—自旋偶合，简称自旋偶合。 自旋分裂是由自旋偶合引起共振峰分裂的现象，
又称为自旋—自旋分裂简称自旋分裂。 在氢—氢偶合中，峰分裂是由于邻近碳原子上
21
在NMR中，通常以四甲基硅烷(TMS)作标准物，
CH3
H3C Si CH3
CH3
因为：
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；
用核磁共振频率的相对值来表示化学位移，符号 为δ，单位为ppm。
H0固定时：
样品 标准 10（6 ppm) 10（6 ppm)
标准
标准
ν0固定时：
H标准 H样品 106 ( ppm)
H 标准
25
三、影响化学位移的因素
1．局部屏蔽效应 是氢核核外成键电子云产生 抗磁屏蔽效应。
（1）自旋—晶格弛豫（纵向弛豫） 处于高能 态的核自旋体系将能量传递给周围环境(晶格或溶 剂)，自己回到低能态的过程。弛豫过程所需的时 间用半衰期T1表示，T1越小，弛豫效率越高。 （2）自旋—自旋弛豫（横向弛豫） 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。这种过程只是同类磁性核自旋状态能量交 换，不引起核磁总能量的改变。其半衰期用T2表示。
NMR一般要求试样纯度＞98％，试样量一般 为10mg左右。
20
制备试样溶液时，常需加入标准物，以 有机溶剂溶解试样时，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(DSS)。 这两种标准物的甲基屏蔽效应都很强，共 振峰出现在高场。一般氢核的共振峰都出 现在它们的左侧。因而规定它们的δ值为 0.00ppm。
磁场漂移应在10-9-10-10之间----可通过场频锁定 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。
射频源：为提高分辨率，频率波动应小于10-8， 输出功率(小于1W )波动应小于1%。
② ν0一定时(扫场)，则σ大的氢核，需在较大 的H0下共振，共振峰出现在高场(右端)；反之出现 在低场(左端)。
核磁共振谱的右端相当于低频、高场；左端相 当于高频、低场。
低场
H0
高场
屏蔽效应小
屏蔽效应大
大
小
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二、化学位移的表示
由于屏蔽效应的存在，不同化学环境的氢核的共 振频率(进动频率，吸收频率)不同，这种现象称为 化学位移。
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（1）苯环
在苯环中心，感应磁场的 磁力线与外磁场的磁力线 方向相反，使处于苯环中 心的质子实受外磁场强度 降低，屏蔽效应增大，具 有这种作用的空间称为正 屏蔽区，以“+”表示。处 于正屏蔽区的质子的δ值 降低(峰右移)。
在平行于苯环平面四周的空间，次级磁场的磁 力线与外磁场一致，使得处于此空间的质子实受 场强增加，这种作用称为顺磁屏蔽效应。相应的 空间称为去屏蔽区或负屏蔽区，以”-”表示。 28
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R为照射线圈， D为接收线圈， Helmholtz线圈 是扫场线圈，通 直流电用来调节 磁铁的磁场强度。 R、D与磁场方向 三者互相垂直， 互不干扰。
16
射频是由照射频率发生器产生，通过照射线圈R作 用于试样上。试样溶液装在样品管中插人磁场，样 品管匀速旋转以保障所受磁场的均匀性。用扫场线 圈调节外加磁场强度，在满足某种化学环境的原子 核的共振条件时，则该核发生能级跃迁，核磁矩方 向改变，在接收线圈D中产生感应电流(不共振时无 电流)。感应电流被放大、记录，即得NMR信号。在 依次改变磁场强度，满足不同化学环境核的共振条 件，则获得核磁共振谱。
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3．氢键效应：使电子云密度平均化，使OH 或SH中质子移向低场。如分子间形成氢键， 其化学位移与溶剂特性及其浓度有关; 如 分子内形成氢键则与溶剂浓度无关，只与 分子本身结构有关。
溶剂选择原则：稀溶液；不能与溶质有强 烈相互作用
31
四、几类质子的化学位移 1．甲基氢、亚甲基氢、次甲基氢
B Si
固定照射频率，改变磁场强度获得核磁共振谱 的方法称为扫场法。
固定磁场强度，改变照射频率而获得核磁共振 的方法称为扫频法。
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二、傅立叶变换核磁共振波谱仪
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傅立叶变换核磁共振波谱仪以适当变领的射频 脉冲作为“多道发射机”，使所有的核同时激发 ，得到全部共振信号。当脉冲发射时，试样中每 种该都对脉冲中单个频率产生吸收。接受器得到 自由感应衰减信号（FID）。FID信号经滤波、模 ／数(A／D)转换器数字化后被计算机采集。由计 算机进行傅立叶变换运算，使其转变成频率（ν ）的函数，经过数／模(D／A)转换器变换模拟量 ，得到通常的NMR谱图。
m 1; 2
E
1 2
rh
2
H0
1
1 rh
m ; 2
E 2
2
H0
E
E2
E1
rh
2
H0
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（二）原子核的进动与共振吸收
1．原子核进动
如果核磁矩与核外加磁场方向 成一夹角θ时，则自旋核受到一 个外力矩的作用，核磁矩将围绕 外磁场进行拉莫尔进动（或称拉 莫尔回旋）。
进动频率(ν)与外加磁场强度
其他半整数，如11H、136C等，有自旋、磁矩，产生 核磁共振信号。
3
2．核磁矩（μ）
原子核的自旋角动量：
P h I (I 1)
2
自旋量子数不为零的原子 核都有磁矩；核磁矩的方向 服从右手法则；其大小与自 旋角动量成正比。
rP
r：磁旋比
4
二、原子核的自旋能级和共振吸收
（一）核自旋能级分裂
象称为空间量子化。
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
Z
rm
h
2
核磁矩的能量与μZ和外磁场强度H0有关：
E
Z H0
m r h
2
H0
6
不同取向的核具有不同的能级，I为1／2的核，
m＝1／2的PZ顺磁场，能量低；m＝-l／2的PZ逆磁 场，能量高。两者的能级差随H0的增大而增大， 这种现象称为能级分裂。
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三、自旋弛豫
氢核置于外加磁场后,低能态核(n+)和高能态核 (n-)的比例服从Boltzmann分布
n
E
e kT
rhH0
e 2kT
n
例如：当H0=1.4092T，温度为300K时，高能态和
低能态的1H核数之比为：
n( 12) 0.99999 n( 12)
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高能态核通过一些非辐射途径回到低能态的过程 称为核自旋弛豫。
第十四章 核磁共振波谱法
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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 （nuclear magnetic resonance NMR）。
以核磁共振信号强度对照射频率(或磁场强度) 作图，即为核磁共振波谱。
核磁共振波谱法是利用核磁共振波谱进行结构 (包括构型和构象)测定、定性及定量分析的方法。
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第一节核磁共振波谱法的基本原理
（一）原子核的自旋
1.自旋分类
自旋现象：原子核自旋特征用自旋量子数I来描述。
原子核可按Ｉ的数值分为以下三类 ：
①电荷数和质量数均为偶数，Ｉ=0，磁矩为0，不产生 核磁共振信号。如126C
②电荷数为奇数，质量数为偶数。Ｉ=整数，如21H ③质量数为奇数，电荷数可为奇数或偶数，Ｉ=1/2或
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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。