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谱图分析课件第2章核磁共振氢谱

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有机波谱分析 --核磁共振氢谱

有机波谱分析 --核磁共振氢谱
O CH C C
C C CH
5.8～6.7 6.5～8.0 4.0～5.0
C CH O
6.0～8.1
CH C O 4.0～5.0
CH C N
3.7～5.0
C CH N
5.7～8.0
2-甲基-1-戊烯的氢谱
常用溶剂的特点
CDCl3：最常用的NMR溶剂。溶解性能好，峰形尖锐，价格便宜 ；峰位一般处于7.2ppm，但也会受到溶质的影响，使δ =7.0-7.4， 某些胺类使它移至 δ 7.55 。
氘代的苯、二甲基亚砜、丙酮：峰形不尖锐，常为组峰：丙酮-d6, 五重峰；二甲基亚砜-d6，堆峰或五重峰。二甲基亚砜溶解性特好 ，冬天使用易于结冻；丙酮不要用于可能与其反应的样品，如胺 类、醛类；苯可与某些分子形成“复合物”—有利有弊。
化合物中非球形对称的电子云，如π电子系统，对邻近质子会 附加一个各向异性的磁场，即这个附加磁场在某些区域与外磁 场B0的方向相反，使外磁场强度减弱，起抗磁性屏蔽作用，而 在另外一些区域与外磁场B0方向相同，对外磁场起增强作用， 产生顺磁性屏蔽的作用。 通常，抗磁性屏蔽作用简称为屏蔽作用，产生屏蔽作用的区域 用“ + ”表示，顺磁性屏蔽作用也称作去屏蔽作用，去屏蔽 作用的区域用“ -”表示。
HC HB HO HA
HC
HB HA OH
16
HA = 3.92 ppm HB = 3.55 ppm HC = 0.88 ppm
17
HA = 4.68 ppm HB = 2.40 ppm HC = 0.88 ppm
(6)氢键的影响
-OH、-NH2等基团能形成氢键。一般的醇可形成分子间氢 键，β-二酮的烯醇式形成分子内氢键。
③三键的各向异性效应

《核磁共振氢谱》PPT课件

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3. 影响化学位移的因素：
= d + p + a + s H核外只有s电子，故d 起主要作用， a 和s对也有一定的 作用。
影响化学位移的因素---诱导效应
核外电子云的抗磁性屏蔽是影响质子化学位移的主要因素。
核外电子云密度与邻近原子或基团的电负性大小密切相关， 电负性强的原子或基团吸电子诱导效应大，使得靠近它们的 质子周围电子云密度减小，质子所受到的抗磁性屏蔽（ d）
范德华效应
当两个原子相互靠近时，由于受到范德华力作用， 电子云相互排斥，导致原子核周围的电子云密度降低 ，屏蔽减小，谱线向低场方向移动，这种效应称为范 德华效应。
这种效应与相互影响的两个原子之间的距离密切相关 ，当两个原子相隔 0.17nm（即范德华半径之和）时 ，该作用对化学位移的影响约为 0.5，距离为 0 . 2 0 nm 时 影 响 约 为 0 . 2 ， 当 原 子 间 的 距 离 大 于 0.25nm 时可不再考虑。
共轭效应
在共轭效应中，推电子基使H减小，拉电子基使H增
大。
(+1.43)
H
O CH 3 H
H
(+1.29)
H
(-1.10)
H
H
(-0.59)
H
O
H
(0.00)
H
(-0.21)
H
(-0.81)
相连碳原子的杂化态影响
碳碳单键是碳原子 sp杂化轨道重叠而成的，而碳碳双键和三键分别 是 sp2和 sp杂化轨道形成的。s电子是球形对称的，离碳原子近， 而离氢原子较远。所以杂化轨道中 s成分越多，成键电子越靠近碳 核，而离质子较远，对质子的屏蔽作用较小。
芳烃的各向异 8.9；环内H 在受到高度的屏蔽作 用，故 : -1.8

核磁氢谱解析ppt课件

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三键,双键,苯环由于磁各项异性都会产生屏蔽区和去屏蔽区,所以 这些也是影响化学位移的重要因素，经常借此因素来区分异构体。单 键也有磁各向异性,所以C3CH>C2CH2>CCH3
4) 共轭作用和诱导作用(对不饱和烷烃影响) 对不饱和烷烃共轭作用和诱导作用要综合考虑。
共轭作用有p-π共轭给电子,π-π共轭吸电子；诱导效 应主要是吸电子效应。
2. 在有机化学中使苯环活化的邻, 对位定位基, 主要是有 p-π共轭作用. 这类有: -OH, -OR, -NH2, -NHR.
3. 第三类取代基是有机化学中使苯环钝化的间位定位基. 主要是纯在π-π共轭, 同时杂原子拉电子性, 使苯电子云密 度降低, 尤其是邻位.这类集团有: -CHO, -COR, -COOR, COOH, -CONHR, -NO2, -N=NR 等.
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2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位移低场的 原因)
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
还有些化合物在一种溶剂里不稳定,做出来的谱图比较杂,这时可 以换一种溶剂来做。
如 成盐后氮旁边的CH2会低场偏移0.5 ppm，同 样在CDCl3或DMSO做溶剂的谱图中没有成盐之前的氨活 泼氢在0.5－4.0ppm处，但成盐后活泼氢会出在10－ 12ppm处，并且是两个NH.HCl，这也是鉴定氨是否成盐 的一种方法。
下面是我们比较常见的两种结构的互变异构.在有些化合物中只表现一种 构型.有些化合物中两种构型皆有，此时在核磁管里面加入浓盐酸1－2滴，会 发现变为单一的构型，这样的方法比升温要方便。

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经常碰到的
与
(R＝O, Cl, F, Br, -NCOR)，此种结构的CH2的出峰位置 通常在4.5~5.5ppm。(R=NH2, -COR, -Ar)时此种结构的 CH2的出峰位置通常在3.5-4.0ppm.
单键,三键,双键,苯环由于磁各向异性都会产生屏蔽区和去 屏蔽区,所以这些也是影响饱和烷烃化学位移的因素.(后面 会介绍,详细请看仪器分析化学课本)请结合以上说明通过 下面的列表来查看不同取代基对饱和烷烃的影响。
谢谢！
• “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我 笨，没有学问无颜见爹娘 ……”
• “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
1.影响氢谱化学位移的因素
1）诱导效应(对饱和烷烃)
与质子相连的碳原子上,如果接有电负性强的基团,则由于它们的吸电子诱导 效应,使质子周围的电子云密度减弱,使屏蔽作用减弱,质子共振吸收移向低场, 电负性越强,化学位移值越大.
还有些化合物在一种溶剂里不稳定,做出来的谱图比较杂,这时可 以换一种溶剂来做。
如 成盐后氮旁边的CH2会低场偏移0.5 ppm，同 样在CDCl3或DMSO做溶剂的谱图中没有成盐之前的氨活 泼氢在0.5－4.0ppm处，但成盐后活泼氢会出在10－ 12ppm处，并且是两个NH.HCl，这也是鉴定氨是否成盐 的一种方法。
核磁氢谱解析
氢谱是最常见的谱图。核磁共振氢 谱能提供重要的结构信息：化学位移， 耦合常数及峰的裂分情况，峰面积。 峰面积与氢的数目成正比，所以能定 量的反应氢核的信息。
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
• 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭

第二章 核磁共振氢谱2讲解

第二章 核磁共振氢谱2讲解

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P-CH3OC6H4CH2Cl 芳氢核磁共振吸收的展开图
S a t A p r 2 2 0 9 :0 8 :0 0 2 0 0 0 : (u n title d ) W 1 : 1 H A x is = p p m S c a le = 3 .7 7 H z / c m
为复杂。对于对位取代，苯环上四个氢将分成 Ha=Ha’和Hb=Hb’两组，而且两组氢会发生偶合
作用，在谱图上表现为两组双重峰。对于邻位和
间位取代，苯环上四个氢完全不同，依据两个取 代基的情况，会分成2－4组各自分裂的峰 。
双硝基不同位置取代苯的核磁共 振谱图
• 对硝基苯谱图只有单峰，表明苯环上四个 氢一致。间硝基苯谱图有三组分裂的峰， 表明苯环上四个氢在两个硝基的作用下分 成三组各自偶合的峰。而邻硝基苯谱图上 有一个分裂的双重峰，表明苯环上四个氢 分成能偶合的两组。顺便一提：由于两个 硝基强大的吸电子和共轭作用，苯环上氢 的化学位移δ值大大增加，已达到8.0ppm以 上。
X
X
Ha
Ha' Ha
Ha'
Hb
Hb' Hb
Hb'
Hc
X'
苯环单 取代
苯环对位双 取代
Ha
Hb
X
Hb'
X'
Ha'
苯环邻位双 取代
X
Hb
Ha
Hc
X'
Hb'

第二章 核磁共振氢谱2

第二章 核磁共振氢谱2

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Jo 两主峰间的距离, 8Hz Jm 两侧峰间的距离的1/2， 2Hz.
δAA′,δBB′ˊ近似估计或经验计算。
间和对-硝基苯乙酸的核磁共振氢 谱
• 由于苯环上两个取代基不同，苯环上四 个氢至少被分成两组。对于对硝基苯乙 酸，苯环上四个氢分成对称的两组，因 而谱图上是对称的两组双峰。而间硝基 苯甲酸，苯环上四个氢不再对称，因而 谱图上峰的分裂也是不规则的。另外， 硝基苯甲酸分子中除了苯环氢外，还有 羧基中羟基氢和一个亚甲基氢，3.8ppm 的单峰是亚甲基氢
• 数，因而Eu3＋位移试剂使用比较普遍。 最常见的商品位移试剂是Eu(DPM)3 （Dipivalomethanato Europium），其对 不同类型有机物分子中的特定氢分子位 移的影响有显著差异（表9.2）。 Eu(DPM)3能将胺基和羟基氢的化学位移 增加到100ppm以上，而对其它有机基团 氢的位移分别从3ppm增加到30ppm。对 硝基和卤化物、烯类和酚等酸性有机 物，位移试剂将被分解而不可用。
四旋系统
4个质子间的相互偶合, 常见的有 AX3, A2X2, A2B2, AA′ BB ′ AX3 A2B2, A2X2 一级谱
AA′BB′ˊ二级谱
例如：CH3CHO, CH3CHX-, -OCH2CH2CO- 等 一级谱处理。
A2B2系统
A2B2系统理论上18条峰，常见14条峰，A、B各自为 7条峰，峰形对称。vA = v5，v

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芳烃的氢谱解析
芳烃的氢谱特征
芳烃的氢谱峰形较复杂，有多个峰，且峰与峰之间的距离较近。
芳烃的氢谱解析要点
根据峰的数量和位置，确定芳烃的类型和碳原子数；根据峰的强度 和形状，确定氢原子的类型和数量。
实例分析
以苯为例，其氢谱有多个峰，分别对应于不同位置上的氢原子。
PART 04
氢谱解析中的常见问题与 解决策略
偶合常数
当两个氢原子之间的距离足够近时， 它们的核磁共振信号会发生偶合，导 致峰分裂成双重峰。偶合常数是衡量 两个氢原子之间距离的指标。
氢谱解析的一般步骤
确定峰的位置和强度
根据核磁共振氢谱中的峰位置和强度，可以推断出分子中氢原子 的类型和数量。
确定氢原子的连接关系
通过分析峰的偶合常数，可以确定氢原子之间的连接关系，从而确 定分子的结构。
峰的简化问题
总结词
峰的简化问题是指某些情况下氢谱峰的数量过多，使得解析变得复杂。
详细描述
在某些情况下，由于分子结构中存在多个等效氢原子，会产生大量的重叠峰。这增加了氢谱解析的难 度。解决策略包括利用分子对称性来简化氢谱，以及利用去偶技术来消除某些峰的干扰，从而使得氢 谱更加简洁明了。
解析中的不确定性问题
多核共振技术
总结词
多核共振技术能够同时研究多个原子核的相 互作用和动态行为，有助于更全面地了解分 子结构和化学反应过程。
详细描述
多核共振技术是一种新兴的技术，它通过同 时研究多个原子核的相互作用和动态行为， 能够提供更全面、更深入的分子结构和化学 反应过程信息。这一技术的应用，将有助于 推动化学、生物学、物理学等领域的发展， 为解决复杂体系的研究提供新的手段。
2023-2026
ONE

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在解析糖类的氢谱时，需要注意 区分不同糖环类型的影响，以便 准确推断出糖类分子的结构特征 。
由于糖类分子结构的复杂性，其 氢谱信号可能会出现重叠现象， 需要仔细解析以获得准确的结论 。
05
氢谱解析的挑战与展望
复杂样品与混合物的解析
挑战
复杂样品和混合物中的多种成分可能 导致谱线重叠和干扰，增加了氢谱解 析的难度。
峰面积
表示某一峰的强度或高 度，通常与产生该峰的
质子数成正比。
积分线
对谱线进行积分，得到 积分线，可以用于定量
分析。
校正因子
由于不同化学环境对质 子自旋耦合的影响，需 要引入校正因子来准确
计算质子数。
03
氢谱解析实践
简单分子的氢谱解析
总结词
掌握基础解析方法
01
总结词
熟悉常见峰型
03
总结词
注意杂质的干扰
解决方案
采用先进的谱图解析技术和化学位移 差异法，结合分子结构和物理状态信 息，对重叠的谱线进行分离和鉴别。
高磁场下的氢谱解析
挑战
高磁场条件下，氢谱的分辨率和灵敏度得到提高，但同时也带来了谱线复杂化 和解析难度增加的问题。
解决方案
利用高磁场下的多量子跃迁和异核耦合等效应，结合计算机模拟和量子化学计 算，对高磁场下的氢谱进行解析。
氢谱解析技巧与注意事项
总结词
重视峰的归属与确认
总结词
在复杂氢谱中，应注意分辨和区分重 叠的峰，运用适当的技巧和方法进行 解析。
详细描述
在解析氢谱时，应重视每个峰的归属 与确认，确保解析结果的准确性。
详细描述
注意峰的重叠与分辨
04
氢谱解析案例分析
案例一：醇类的氢谱解析

谱图分析课件第2章核磁共振氢谱

表示不同氢原子核之间的相互作用， 通过测量偶合常数可以了解分子内部 的结构和相互位置关系。
峰的裂分与自旋系统
峰的裂分
由于相邻氢原子核的相互作用，一个峰可能会分裂成多个小峰。根据裂分的程 度和规律，可以推断出分子内部的氢原子排列方式和相互位置关系。
自旋系统
表示一组相互作用的氢原子核，根据自旋系统的类型，可以判断分子内部的结 构和对称性。
05
氢谱的局限性与发展趋势
氢谱的局限性
分辨率较低
由于氢原子在分子中的分布较为 广泛，导致氢谱的分辨率较低， 难以区分相近的化学环境。
受样品限制
氢谱分析需要使用液体样品，对 于固体样品和不易溶解的物质， 氢谱分析存在局限性。
对仪器要求高
氢谱分析需要高精度和高灵敏度 的核磁共振谱仪，仪器成本较高， 普及程度有限。

氢谱的表示方法
氢谱通常以频率或波数表示，横 坐标为化学位移，纵坐标为信号
强度。
化学位移表示氢原子核所处的化 学环境，即周围的官能团类型， 通过化学位移可以推断出氢原子
所属的化合物类型。
信号强度表示该化学环境下氢原 子核的数量，信号强度越大，表
示该类型的氢原子数量越多。
02
氢谱的组成与特征
峰的位置与化学位移
注意事项
确保实验过程中样品温度和磁场稳定性，避免外界干扰，及时记录异常情况。
数据处理与分析方法
数据处理
对采集的原始数据进行预处理，如基线校正、相位调整等，以提 高谱图质量。
峰识别与标注
根据峰的位置、强度和形状，识别和标注不同氢原子类型。
数据解析与推断
结合化学位移、耦合常数等信息，解析氢原子所处的化学环境， 推断分子结构。
人工智能技术在数据处理和分析方面具有 优势，与核磁共振技术结合有望提高氢谱 分析的效率和准确性。

核磁氢谱解析ppt课件

环状烯烃中三元环,四元环,五元环烯烃中偶 合常数较小J= 0.5-7.0Hz;在六元环以上J=8.5-13 Hz.
ห้องสมุดไป่ตู้
六元环自旋-自旋偶合(J-coupling)体系
六元环体系是一个很特殊的体系，也是经常碰到的体系。Jae(同碳)， Jaa（邻位）在8－12hz；Jae（邻位），Jee（邻位）在2－5hz特别是在刚 性体系有手性中心的六元环化合物会有明显的显示，并且通常δe大于δa,两者 有时会相差0.5-1ppm,因为偶合的关系使得a键e键的峰型比较有规律,如下:
3)磁各向异性 根据S-P杂化原理, 炔烃应该比烯烃更低场,苯环与烯烃相近.但实
际并不然.炔氢相对于烯氢是处于较高场,是因为炔氢处于叁键轴外,当 叁键与外磁场平行时, π电子环电流绕轴运动产生的感应磁场与外加磁 场相反,对质子起强烈的屏蔽作用,这是炔烃的一个很重要的特点.
芳环氢相对烯氢处于较低场，这样的现象是因为芳环π电子也有 环电流的纯在,产生与外磁场方向相同的磁场,对芳环氢有去屏蔽作用. 烯烃也有磁各向异性,但苯环的磁各向异性较强.
单键,三键,双键,苯环由于磁各向异性都会产生屏蔽区和去 屏蔽区,所以这些也是影响饱和烷烃化学位移的因素.(后面 会介绍,详细请看仪器分析化学课本)请结合以上说明通过 下面的列表来查看不同取代基对饱和烷烃的影响。
2)S－P杂化 从sp3（碳碳单键）到sp2（碳碳双键）s 电子的成分从25％增加到33％，键电子 更靠近碳原子，因而对相连的氢原子有 去屏蔽作用，即共振位移移向低场. (芳 环与烯烃比饱和烷烃的化学位移低场的 原因)
下面是我们比较常见的两种结构的互变异构.在有些化合物中只表现一种 构型.有些化合物中两种构型皆有，此时在核磁管里面加入浓盐酸1－2滴，会 发现变为单一的构型，这样的方法比升温要方便。
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9. 1981: N. Bloembergen 10. 1983: H. Taube 11. 1989: N.F. Ramsey 12. 1991: Richard R. Ernst 13. 2002: Kurt Wuthrich 14. 2003: Paul Lauterbur 15. 2003: Peter Mansfield
核外电子运动产生的感应磁
屏蔽效应大小与电 子云密度有关
场 导 致 1H 核 实 际 感 受 到 的 磁 场强度小于外磁场强度
屏蔽效应
—屏蔽常数 34
2.3.2 化学位移
➢ 屏蔽效应不同，化学环境不同，自旋核的进动频率也不
同：
0
2
B
2
B0 (1 )
➢ 由于原子核在分子中所处的化学环境不同引起的
没有变化。
➢横向弛豫时间：用半衰期T2表示。
➢T2与核磁共振峰的宽度成反比。T2越短，谱线越宽。
➢固体的T2很短，液体、气体的T2较长。
自旋核总是通过最有效的途径达到弛豫目的。如固体样品，由横向弛豫决
定，实际弛豫时间为T2
23
P89
24
2.2 脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪PFT-NMR （Pulsed Fourier Transform NMR)
26
27
28
PFT-NMR（高频）的优点： ➢ 可多次扫描累加，提高信噪比S/N（n1/2,n为扫描次数）; ➢省时，省样; ➢高灵敏度；高分辨率; ➢ 可研究范围很宽的弛豫时间，提供分子结构和分子动力学 的各种信息。 ➢二维FT-NMR可提供复杂自旋体系的丰富信息
29
Bruker AVANCE 400 核磁共振谱仪
物理意义：
每一百万个氢核中，低能级的氢核仅比高能级多十个左右。
在射频交变磁场作用下，低能级的氢核吸收能量跃迁到高能级，产生Ｎ
ＭＲ信号。
由于高低两个能级的分布数相差不大，若高能级的核没有途径回到低能
级，两能级的分布数很快达到平衡，不会再有核磁共振信号，即达到饱
和。
事实不是如此，通常都可以得到持续的核磁共振信号。因为核之间或核
B标
B标为标准物共振时的磁场强度
B样为被测样品共振时磁场强度
➢B样越大，化学位移越小（为什么？）
➢高场端化学位移值小，低场端化学位移值大
注意： ➢固定磁场扫频时，采用式2.9计算值 ➢固定频率扫场时，采用式2.10计算值 ➢高场低频、低场高频之说，是对于两种不同扫描方式
而言的，不可混淆
38
参考标准物：四甲基硅烷（tetramethylsilane, TMS）
➢核磁共振成像
临床医学
8
第2章 核磁共振氢谱
2.1 核磁共振的基本原理 2.2 核磁共振仪与实验方法 2.3 1H的化学位移 2.4 偶合常数 2.5 常见官能团的一些复杂图谱 2.6 辅助图谱解析方法 2.7 核磁与反应动力学现象 2.8 核磁共振氢谱解析
9
第二章 核磁共振氢谱 (Nuclear Magnetic Resonance)
2）质量数为奇数（质子数与中子数其一为偶数，另一为奇
数），则 I为半整数。 I = 1/2 （如1H1、13C6、15N7、19F9、 31P15 ） I = 3/2 （ 如 7Li3 、 11B5 、 23Na11 、 33S16 、 35Cl17 、 37Cl17），……
3）质量数为偶数，原子序数为奇数（质子数、中子数均为奇
规定TMS的 =0。 采用TMS为标准参照物的优点： ➢TMS只有一个峰； ➢甲基氢核的核外电子屏蔽作用很强，进动频率0小，
一般化合物的信号均在其左边，易于分辨；规定“左 正右负”，一般化合物的值为正值； ➢TMS沸点27度，易于从样品中除去，便于回收样品 ➢TMS化学性质稳定，与样品分子不发生缔合； ➢TMS与多种溶剂或样品互溶性好
谱图分析课件第2章核磁共振氢谱
核磁共振 (NMR) 现象的发现 1945年 Stanford 大学 F. Bloch 小组
Harvard 大学 E. M. Purcell 小组
F. Bloch
E. M. Purcell
2
对NMR作过贡献的15位Nobel奖得主
1. 1944: I. Rabi 2. 1952: F. Bloch 3. 1952: E.M. Purcell 4. 1955: W.E. Lamb 5. 1955: P. Kusch 6. 1964: C.H. Townes 7. 1966: A. Kastler 8. 1977: J.H. Van Vleck
50年代初：NMR首次应用于有机化学 60年代初：Varian Associates A60 Spectro-
meter问世，NMR开始广泛应用
5
第二阶段
70年代：Fourier Transform的应用 13C-NMR技术（碳骨架） （GC，TLC，HPLC技术的发展）
第三阶段
80年代：Two-dimensional (2D) NMR诞生 （COSY，碳骨架连接顺序，非键原 子间距离，生物大分子结构，……）
Larmor 进动频率0的移动，叫化学位移。屏蔽效应是 化学位移的根源。
➢ 化学环境不同，是由于电子效应（I和C）、空间效应、
各向异性效应等因素导致的。
➢ 对于同一分子中有n个化学不等价的核来说，就有n个不
同的Larmor 进动频率0，可以观察到n个吸收信号。这
是核磁共振研究有机化学结构的基础。
35
被屏蔽的质子
要使被屏蔽的质子发生核磁共振，外加磁场 强度应增加
36
化学位移的表示方法
➢ 化学位移的变化只有十万分之一左右，精确测量困难；一
般采用标准物，取相对值： = 样 − 标(Hz)
0
2
B
2
B0 (1 )
样：试样的Larmor进动频率
标：标准物的吸收信号的频率
➢ 与B0磁场强度与成正比，仪器磁场强度不同，所测同
6
近二十多年发展
➢高强超导磁场的NMR仪器，大大提高灵敏度 和分辨率；
➢脉冲傅立叶变换NMR谱仪，使灵敏度小的原 子核能被测定；
➢计算机技术的应用和多脉冲激发方法采用， 产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重 大作用。
7
应用领域广泛
➢核磁共振谱
有机化学、生物化学、药物化学、物理 化学、无机化学研究，以及多种工业部 门 ，……
核磁共振信号的两种观察方法： 连续波（CW）仪器 脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪PFT-NMR
连续波NMR谱仪（CW-NMR)
扫描方式：扫场或扫频 磁场：永久磁铁或电磁铁 工作频率：< 100MHz
缺点： 扫描时间长 灵敏度低 样品用量大 信号易漂移 分辨率低
25
脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪PFT-NMR ： ➢ 采用超导磁铁：需要液氦冷却，外加液氮减少蒸发 ➢ 采用强而短的脉冲，同时激发所需频率范围内的所有核的共 振。 ➢ 各种核通过各种方式弛豫，产生一个随时间逐步衰减的信 号，自由感应衰减信号（Free Induced Decay, FID） ➢ 通过傅立叶变换的数学方法将FID信号转变成核磁共振信号。 由时间域函数变为频率域函数。
2.1 核磁共振基本原理 2.1.1 核的自旋 核磁共振的研究对象是具有磁矩的原子核。量子力学理 论和实验证明核自旋现象是某些原子核的基本性质，自
旋的核都有一定的自旋角动量（P）：
P h I (I 1) I (I 1)
2
h 为普朗克常数；I 为自旋量子数 10
由I的不同将核分类:
1）质量数和原子序数均为偶数（质子数、中子数均为偶 数），则 I = 0 （如12C6、16O8、32S16）
➢自旋量子数I ≠ 0的核，置于恒定的外磁场Bo中，自旋核 的行为就象一个陀螺绕磁场方向发生回旋运动，称为
Larmor进动或核的进动，如图所示
Z
Z
B0
m
m
m1 2
m1 2
外磁场B0方向与自旋轴（亦即核磁矩矢量方向）不完全一致
核的进动频率与外磁场强度成正比
= 2 B0
15
Larmor进动 重力场中陀螺的运动
自旋量子数 I >1/2，核具有电四极矩，表面电荷呈非均匀椭球分布，此类
核的核磁检测困难，不予讨论
13
磁矩
I0时，由于原子核带正电粒子，其旋转会产生磁
矩m ，其与自旋角动量P的关系为：
m = ·P
：磁旋比（magnetogyric ratio）
1H=26753; 13C=6721
14
2.1.2 核的进动和核磁能级分裂
16
原子核的进动
进动轨道 回旋轴
自旋轴
17
➢具有自旋量子数 I的核置于静磁场 Bo中，产生Larmor进 动，并使核磁矩μ出现2I+1个取向，每一个取向由一个磁 量子数m表示。
18
➢核磁矩在磁场B0中出现的不同进动取向的现象称为核磁能 级分裂，又称为Zeeman分裂；无外磁场时，能级简并， 能量相同。
数），则 I为整数：
I = 1 （如 2H1、14N7）； I = 2 （如58Co27)；I = 3
（如10B5)，……
11
核产生自旋的量子规律
1,2,3…
自旋量子数 I = 0 的原子核：没有自旋运动 自旋量子数 I ≠ 0 的原子核：都有自旋运动 12
核的电四极矩（quadruple）:
Q = 2Z(b2-a2)/5
39
化学位移
化学位移δ是相对值，与仪器磁场强度无关，同一
环境的质子有相同的化学位移
另 外
B 106 BTMS B样品 106
1 2
hv=hv0
Absorption occurs 1 2