实验9.1 核磁共振
熊波 121120148（南京大学物理学院2012级）
引言： 在基本实验的基础上，得到三种不同样品的核磁共振谱，并具体计算他们的化学位移与自旋耦合效应。其次，对自旋耦合效应的相互作用与等间距特点进行了一定的调研，可以从理论上直接证明这些特点。
关键词：核磁共振；化学位移；自旋耦合；
§1.引言
1946 年，美国斯坦福大学的 Bloch 等人和哈佛大学的 Purcell 等人独立地采用原子核感应法，即同时将一个恒定磁场和沿垂直于恒定磁场方向上的一个交变磁场同时作用于原子核系统上，然后测定由原子核磁矩进动所感应的电动势，发现了核磁共振现象。后来.Bloch
和 Purcell 因为这一发现而获得了 1952 年度的诺贝尔物理学奖。今天，核磁共振已成为研究物质结构和原子核的磁性、进行各种化合物的分析租鉴定、精密测定各种原子核磁矩以及作为核磁共振成像仪的重要原理和组成部分在医学上进行诊断的有力工具。
§2.实验原理
§2.1 .原子核的基本特性
原子由原子核和核外运动的电子所组成。原子核的电荷、质量、成分、大小、角动量和磁矩构成了它的基本性质。众所周知，原子核带正电，所带电量和核外电子的总电量相等，数值上等于最小电量单位e( 1.602×10−19C)的整倍数，称为电荷数。原子核的质量一般用质量数表示，接近于原子质量单位 u( 1.66055×10−27 kg)的整数倍。原子核由质子和中子所组成。质子和中子的质量大致相等，但每个质子带正电量e，而中子则不带电。因此，元素周期表中的原子序数 z 在数值上等于相应原子核外的电子数、核内质子数和核的电荷数。原子核的半径为10−15m的数量级。
原子核具有本征角动量，通常称为原子核的自旋，等于核内所有轨道和自旋运动的角动量的总和。核自旋可用自旋量子数I来表征。核内的中子和质子都是I=12的粒子。实验证明，如将原子核按其自旋特性来分类，则可分为三类:
第三章 核磁共振氢谱 习题
一、判断题
[1] 核磁共振波谱法与红外吸收光谱法一样，都是基于吸收电磁辐射的分析法。
[2] 质量数为奇数，核电荷数为偶数的原子核，其自旋量子数为零。
[3] 自旋量子数I=1的原子核在静磁场中，相对于外磁场，可能有两种取向。
[4] 氢质子子在二甲基亚砜中的化学位移比在氯仿中要小。
[5] 核磁共振波谱仪的磁场越强，其分辨率越高。
[6] 核磁共振波谱中对于OCH3、CCH3和NCH3，NCH3的质子的化学位移最大。
[7] 在核磁共振波谱中，耦合质子的谱线裂分数目取决于临近氢核的个数。
[8] 化合物CH3CH
2OCH(CH
3)
2的1H NMR中，各质子信号的面积比为9:2:1。
[9] 核磁共振波谱中出现的多重峰是由于临近核的核自旋相互作用。
[10] 化合物Cl2CH—CH
2Cl的核磁共振波谱中，H的精细结构为三重峰。
[11] 苯环和双键氢质子的共振频率出现在低场是由于π电子的磁各向异性效应。
[12] 氢键对质子的化学位移影响较大，所以活泼的氢的化学位移在一定范围内变化。
[13] 不同的原子核核产生共振条件不同，发生共振所必须的磁场强度B0和射频频率υ不同。
[14] (CH3)
4Si分子中1H核共振频率处于高场，比所有有机化合物中的1H核都高。
[15] 羟基的化学位移随氢键的强度变化而移动，氢键越强，化学位移值就越小。
二、选择题（单项选择）
[1] 氢谱主要通过信号特征提供分子结构信息，以下选项中不是信号特征的是（ ）。
A. 峰的位置 B. 峰的裂分 C. 峰高 D. 积分线高度
[2] 以下关于“核自旋弛豫”的标书中，错误的是（ ）。
A. 没有弛豫，就不会产生核磁共振 B. 谱线宽度与弛豫时间成反比
C. 通过弛豫，维持高能态核的微弱多数 D. 弛豫分为纵向弛豫和横向弛豫
[3] 具有以下自旋量子数的原子核中，目前研究最多用途最广的是（ ）。
第三章 核磁共振谱
一、选择题
1．下列哪一组原子核的核磁矩为零；不产生核磁共振信号的是（ ）
A 2H、14N B 19F、 12C C 1H、 13C D 16O、 12C
2．在外磁场中，其核磁矩只有两个取向的核是( )
A 2H 19F 13C B 1H、2H、13C C 13C、19F、31P D 19F 31P 12C
3．在外磁场中，质子发生核磁共振的条件为( )
A 照射频率等于核进动频率 B 照射电磁波的能量等于质子进动的能量
C 照射电磁波的能量等于质子进动的两个相邻能级差
D 照射电磁波的能量等于使核吸收饱和所需的能量
4. 不影响化学位移的因素是（ ）
A 核磁共振仪的磁场强度 B 核外电子云密度
C 磁的各向异性效应 Ｄ 内标试剂
5．自旋量子数I=1/2的原子核在磁场中，相对于外磁场，有多少种不同的能量状态？（ ）
A 1 B ２ C ４ D 0
6. 下列五个结构单元中的质子δ最大的是（ ）
A Ar-H B Ar-CH3 C HC-C=O D RCOOCH３
7．下面四个化合物中在核磁共振谱中出现单峰的是（ ）
A CH3CH2Cl B CH3CH2OH C CH3CH3 D CH3CH(CH3)2
8．下面四个化合物质子的化学位移最小的者是（ ）
1 第三章 核磁共振波谱法
核磁共振（NMR）现象的发现
1945 年，Stanford 大学F. Bloch （波塞尔）领导的研究小组和Harvard 大学E. M. Purcell （布洛赫）领导的研究小组几乎同时发现了核磁共振 (Nuclear
Magnetic Resonance, NMR)现象，他们分别观测到水、石蜡中质子的核磁共振信号。
对NMR 作出贡献的12位Nobel得主
他们二人因此获得1952 年诺贝尔物理学奖。
Richard R. Ernst
唯一一位因为在核磁共振方面的突出贡献获而得Nobel化学奖的科学家.
应用领域广泛
今天，核磁共振已成为鉴定有机化合物结构及研究化学动力学等的极为重要的方法。在有机化学、生物化学、药物化学、物理化学、无机化学及多种工业部门中得到广泛的应用。另外，核磁共振成像技术已经普遍应用于临床。
【基本要求】
理解核磁共振谱的基本原理，基本概念和常用术语
掌握核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系
掌握运用核磁共振谱解析分子结构的方法
【重点难点】
核磁共振谱与有机化合物分子结构之间的关系
核磁共振谱解析分子结构的方法
§1 核磁共振的基本原理
1.1 原子核的自旋和自旋磁矩
量子力学和实验都证明原子核的自旋运动与自旋量子数I 有关，而自旋量子数I 取决于原子的质量数(A)和原子序数(Z)： 2
原子核是由中子与质子组成。质子与中子数为偶数的核，其自旋量子数I=0，没有自旋运动，例如12C、18O、32S等核。质子数与中子数其中之一为奇数I≠0，具有自旋现象，例如1H、13C、19F、31P、14N、35Cl等核。（质子数=核电荷数=原子序数）
自旋量子数I ≠ 0 的原子核都有自旋运动，并且核带有一定的正电荷。这些电荷也围绕着自旋轴旋转，从而产生循环电流，循环电流就会产生磁场。因此凡是I ≠ 0的原子核都会产生磁矩。其自旋磁矩 μ = γ P。μ是一个矢量，其方向与自旋轴重合；γ为磁旋比，代表磁核的性质，是核的特征常数。如，1H核的γ值为26.7519×107 T-1s-1（每秒特斯拉，磁感应强度B的单位为特斯拉（T））；13C核的γ值为6.7283×107 T-1s-1。P为自旋角动量为：
