第8章 核磁共振波谱法
一 ．教学内容 1. 核磁共振波谱法的概念2. 核磁共振波谱法的基本原理（原子核的自旋和磁距、核磁共振的产生及相关表达式和意义、饱和与驰誉）3. 有机化合物的结构与质子核磁共振波谱（化学位移、自旋偶合与裂分、一级图谱与复杂图谱、化学交换、共振吸收强度）4. 有机化合物的结构与质子核磁共振波谱5. 核磁共振波谱仪6. 核磁共振波谱法的基本应用 二．重点与难点 1．核磁共振产生的条件及基本原理、表达式的意义2．影响化学位移地各种因素3．自旋偶合、裂分的机理4．一级图谱的裂分规律及应用5．图谱解析及结构分析 三．教学要求 1． 较牢固掌握核磁共振产生的条件及基本原理2． 较深入离解化学位移地概念、产生原因、表达式及影响因素3． 掌握某些常见基团的质子化学位移4．一般了解复杂图谱的概念、自旋体系的分类及复杂图谱的简化
四．学时安排 3 学时 第一节 核磁共振基本原理
1、 原子核的自旋
若原子核存在自旋，产生核磁矩：
自旋角动量：
核磁矩I：自旋量子数；h：普朗克常数；核磁子=eh/2M c
自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自旋情况可以
用（I）表征：
质量数 原子序数 自旋量子数I
偶数 偶数 0
偶数 奇数 1，2，3….
奇数 奇数或偶数 1/2；3/2；5/2… 讨论:
1． I=0 的原子核 O(16)；C（12）；S（22）等 ，无自旋，没
有磁矩，不产生共振吸收。
2． 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
第15章 核磁共振波谱法
15.1基本原理
核磁共振波谱学是利用原子核的物理性质，采用先进的电子学和计算机技术，研究各种分子物理和化学结构的一门学科，自从1946年美国斯坦福大学和哈佛大学的F.Bloch和E.M.Purcell两个研究组首次独立观察到核磁共振信号并荣获1952年的诺贝尔物理学奖以来，核磁共振波谱学已发展成为化学家、生物化学家、物理学家以及医学家的不可缺少的物理方法，是分子科学、材料科学和医学等领域中研究不同物质结构、动态和物性的最有效工具之一。
核磁共振最先应用于研究有机物质的分子结构和反应过程。迄今为止，利用高分辨核磁共振谱仪已经测定了几万种有机化合物的核磁共振波谱图。
核磁共振还被广泛用于物理学和医学的研究，并能应用于食品工业、化学工业和制药工业等生产部门，进行生产流程的控制和产品的检验。特别是用于药物的定性、定量分析和结构测定时，能够在不改变药物的分子化学性质的前提下，研究其活性部位与细胞受体中起反应时的分子机制。
20世纪60年代末，超导核磁共振波谱仪和脉冲傅里叶变换核磁共振（简称PFT-NMR）仪的迅速发展，以及电子计算机和波谱仪的有机结合，使核磁共振技术取得了重要突破，其功能越来越完善。它可以在不破坏生物样品并保持在液体状态下研究生物大分子（如酶、蛋白质以及一些活体组织）的动力学过程、分子结构与生物功能的关系，获得用其他分析方法无法得到的多种信息参数，极大地弥补了X射线技术、电子显微技术和一般光谱技术的不足。另外，双共振技术的应用对于简化复杂谱线、发现隐蔽谱线、确定谱学参数以及物质结构也是一个非常有用的方法。
核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核，带正电的原子核的自旋运动产生磁矩，但并不是所有同位素的原子核都有自旋运动。原子核的自旋运动与自旋量子数I有关，I＝o的核没有自旋运动，不能用核磁共振来研究，按I的数值可将原子核分为三类：
（1）中子数、质子数均为偶数，则I＝0，如12C、16O和32S等同位素。
核磁共振波谱法
讲授内容
第一节. 概述
第二节. 基本原理
第三节. 化学位移
第四节. 自旋偶合和自旋系统
第五节. 核磁共振仪和实验方法
第六节. 氢谱的解析方法
第七节. 碳谱简介
第一节. 概述
第二节. 基本原理
填空题
1. 原子核是否有自旋现象是由其自旋量子数Ⅰ决定的，Ⅰ为 的核才有自旋，为磁场性核。
2. 进行核磁共振实验时，样品要置于磁场中，是因为 。
3. 对质子（=2.675×108 T-1·s-1）来说，仪器的磁场强度如为1.4092T，则激发用的射频频率为 。
选择题
1. 下列原子核没有自旋角动量的是哪一种？
A．14N B．28Si C．31P D．33S
E.1H
2. 下述核中自旋量子数I=1/2的核是
A.16O B.19F C.2H D.14N
E.12C
3. 1H核在外磁场中自旋取向数为
A.0 B.1 C.2 D.3
E.4
4. 若外加磁场的磁场强度H逐渐增大时，则使质子从低能级E跃迁至高能级E所需的能量：
A.不发生变化 B.逐渐变小 C.逐渐变大
D.不变或逐渐变小 E.不变或逐渐变大
简答题
1. 试述产生核磁共振的条件是什么？
2. 一个自旋量子数为1/2的核在磁场中有多少种能态？各种能态的磁量子数取值为多少？
3. 哪些类型的核具有核磁共振现象？目前的商品核磁共振仪主要测定是哪些类型核的核磁共振？
29 核磁共振波谱分析
引 言
1945年，美国哈佛大学和斯坦福大学的几位学者，各自独立观察到一般状态下物质的核磁共振现象，1952年由此获得诺贝尔物理奖。1953年世界上第一台商品化NMR谱仪研制成功(30MHz)，1964年第一台超导磁体的NMR谱仪研制成(200MHz)，1976年Ernst等人确立了二维谱的理论基础，1991年Ernst教授因其在脉冲付立叶变换NMR和二维NMR方面的杰出贡献而获当年诺贝尔化学奖。2000年在900MHz谱仪上获得NMR谱图。
30MHz = 0.7T (泰斯勒tesla) = 7000高斯(Gauss)
200MHz = 4.7T = 47000高斯
400MHz = 9.4T = 94000高斯
10000高斯 = 1T
29 核磁共振谱仪的主要组成部分
1. 提供外磁场B0的磁铁
2. 产生射频场B1的谱仪部分
3. 用于控制及数据处理的计算机
三者构成一个整体——核磁共振谱仪
(1) 超导磁体—— 铌-钛合金绕成的螺管线圈，置于盛有液氦的超低温杜瓦瓶中，通过一定电流产生强磁场，在接近绝对零度的温度时，螺管线圈内阻几乎为零，成为超导体，消耗的功率也接近零，断绝电源后，超导电流仍保持循环流动，形成永久磁场。
(2) 波谱仪 射频发生器 N
探头 S
接收机 FID
NMR谱 数摸转换D/A FT 计算机 模数转换A/D
探头是NMR谱仪的心脏，样品管放置其中，探头绕有线圈，射频源作用于样品线圈，把共振时样品线圈发生的变化转交给接收机。
(3) 数据处理系统
FID－free inductione decay 自由感应衰减
