090核磁共振谱法

核磁共振谱法（ Nuclear（Magnetic（Resonance（Spectroscopy，NMR）是一种常用的分析技术，用于确定物质的分子结构和化学环境。

它利用核自旋的量子态之间的能级差异，以及核自旋与外加磁场之间的相互作用，来获得物质的结构和信息。

核磁共振谱法主要用于有机化合物和生物大分子的分析，如有机化合物的结构确定、化学反应的监测以及生物大分子的结构研究等。

下面是关于核磁共振谱法的详细分析：1.（核磁共振现象：核磁共振现象是指物质中具有核自旋的原子在外加磁场作用下，能量级的分裂和跃迁现象。

在外加磁场下，具有核自旋的原子核会分裂成多个能级，其能级差与外加磁场的强度成正比。

2.（化学位移（Chemical（shift）：核磁共振谱法中的一个重要参数是化学位移，用来描述不同原子核在磁场中的化学环境。

化学位移通常用δ值表示，以标准物质（ 如TMS，甲基硅烷）作为参考物质，其化学位移被定义为0。

3.（峰的积分关系：核磁共振谱中的峰通常对应于不同的核。

峰的积分面积与相应核的数量成正比，可以用来确定化合物中不同核的相对数量关系。

4.（倍频峰 Multiplet）：对于具有多个等效核的化合物，峰展宽并分裂成多个子峰，称为倍频峰。

倍频峰的分裂模式与化合物中其他核之间的相互作用有关，可以提供化合物内部结构的信息。

5.（耦合常数 Coupling（constant）：耦合常数用于描述倍频峰的分裂情况，表示分裂峰之间的距离。

它提供了有关邻近核之间的相互作用强度和距离的信息，用于推断化合物的结构。

6.（异常峰：在核磁共振谱中，有时会观察到异常峰，它们来自于特殊的核环境或结构。

异常峰可以提供有关物质中特殊官能团的存在和位置的信息。

通过分析核磁共振谱，可以确定物质的分子结构、官能团、取代基、化学环境等信息，从而帮助化学家和生物学家深入研究物质的性质和反应过程。

核磁共振波谱法核磁共振（NMR）波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。

核磁共振波谱通过化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰，提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。

核磁共振定量分析以结构分析为基础，在进行定量分析之前，首先对化合物的分子结构进行鉴定，再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。

带正电荷的原子核在作自旋运动时，可产生磁场和角动量，其磁性用核磁矩µ表示，角动量P的大小与自旋量子数I有关（核的质量数为奇数，I为半整数；核的质量数为偶数，I为整数或0），其空间取向是量子化的；µ也是一个矢量，方向与P的方向重合，空间取向也是量子化的，取决于磁量子数m的取值（m=I, I-1,……-I，共有2I+1个数值）。

对于1H、13C 等I =1/2 的核，只有两种取向，对应于两个不同的能量状态，粒子通过吸收或发射相应的能量在两个能级间跃迁。

当自旋量子数I≠0的磁核处于一个均匀的外磁场H0中时，磁核因受到磁场的作用力而围绕着外磁场方向作旋转运动，同时仍然保持本身的自旋。

这种运动方式称为拉摩进动。

原子核的进动频率由下式决定：其中γ为旋磁比，是原子核的基本属性之一。

不同原子核的γ值不同，其值越大，核的磁性越强，在核磁共振中越容易被检测。

如果提供一个射频场，其ν满足：其中h为普朗克常数，则：即射频场的频率正好等于在磁场H0中的核进动频率，那么核就能吸收这一射频场的能量，导致在两个能级间跃迁，产生核磁共振现象。

核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。

低灵敏度的主要原因是基态和激发态的能量差非常小，通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子（当外磁场强度约为2 T 时）。

核磁共振波谱仪常见的有两类核磁共振波谱仪：经典的连续波（CW）波谱仪和现代的脉冲傅里叶变换（PFT）波谱仪，目前使用的绝大多数为后者。

核磁共振波谱法核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR ）NMR是研究原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。

1简史核磁共振现象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人发现。

目前核磁共振迅速发展成为测定有机化合物结构的有力工具。

目前核磁共振与其他仪器配合，已鉴定了十几万种化合物。

70年代以来，使用强磁场超导核磁共振仪,大大提高了仪器灵敏度,在生物学领域的应用迅速扩展。

脉冲傅里叶变换核磁共振仪使得13C、15N等的核磁共振得到了广泛应用。

计算机解谱技术使复杂谱图的分析成为可能。

测量固体样品的高分辨技术则是尚待解决的重大课题。

2简介在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能级差约为25′10-3J)，当吸收外来电磁辐射(10-9-10-10nm,4-900MHz)时，将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR 现象。

射频辐射─原子核(强磁场下，能级分裂)-----吸收──能级跃迁──NMR，与UV-vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。

1924年Pauli预言了NMR的基本理论：有些核同时具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂；1946年，Harvard大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖；1953年Varian开始商用仪器开发，并于同年做出了第一台高分辨NMR仪。

1956年，Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影响与物质分子结构有关。

核磁共振现象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人发现。

核磁共振迅速发展成为测定有机化合物结构的有力工具。

核磁共振波谱法一、概述早在1924年Pauli就预见某些原子核具有自旋和磁矩的性质，它们在磁场中可以发生能级的分裂。

1946年美国科学家布洛赫(Bloch，斯坦福大学)和珀塞尔（Purcell，哈佛大学）分别发现在射频区（频率0.1～100MHz,波长1～1000m）的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核(或称磁性核或自旋核)相互作用,引起磁性原子核在外磁场中发生核自旋能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR)，他们也因此分享了1952年的诺贝尔物理奖。

所产生的波谱，叫核磁共振（波）谱。

通过研究核磁共振波谱获得相关信息的方法，称为核磁共振波谱法。

NMR和红外光谱、紫外—可见光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后发生能级上的跃迁，但引起核磁共振的电磁波能量很低,不会引起振动或转动能级跃迁,更不会引起电子能级跃迁。

.1949年，Kight第一次发现了化学环境对核磁共振信号的影响，并发现了信号与化合物结构有一定的关系。

而1951年Arnold等人也发现了乙醇分子由三组峰组成，共振吸收频率随不同基团而异，揭开了核磁共振与化学结构的关系。

1953年出现了世界上第一台商品化的核磁共振波谱仪。

1956年，曾在Block实验室工作的Varian制造出第一台高分辩率的仪器，从此，核磁共振波谱法成了化学家研究化合物的有力工具，并逐步扩大其应用领域。

七十年代以后，由于科学技术的发展，科学仪器的精密化、自动化，核磁共振波谱法得到迅速发展，在许多领域中已得到广泛应用，特别在有机化学、生物化学领域中的研究和应用发挥着巨大的作用。

八十年代以来，又不断出现新仪器，如高强磁场的超导核磁共振波谱仪，脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪，大大提高灵敏度和分辨率，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的采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重大作用。

核磁共振波谱法基本原理核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）是一种利用核磁共振现象进行分析的方法。

核磁共振是基于原子核的特定性质，在外加磁场作用下，原子核能够吸收具有特定频率的电磁波并发生共振现象的现象。

该方法通过检测不同原子核的共振信号来获取样品的结构和组成信息。

核磁共振波谱法基于原子核中的自旋（Spin）性质。

自旋是描述原子核内部的一种性质，可以与外加磁场相互作用。

在没有外加磁场作用下，原子核的自旋朝向是随机的。

然而，当样品置于强磁场中时，原子核的自旋会排列在不同能级上。

这些能级之间存在能量差，当这些能级之间的能量差等于外加电磁波的能量时，原子核就会发生共振吸收。

核磁共振波谱仪的基本构造包括磁场系统、射频系统、探测系统和计算机系统。

磁场系统用来产生强磁场，常见强磁场有永磁磁体、超导磁体等。

射频系统则用来产生特定频率的电磁波，以激发样品中的原子核共振吸收。

探测系统用来接收样品发出的信号，并将其转化为电信号，进一步处理和分析。

计算机系统则用来进行数据处理和结果分析。

在进行核磁共振波谱实验时，首先将样品放置于磁场中，样品中的原子核会受到磁场的作用，并分裂为不同能级。

接下来，通过调节射频系统产生特定频率的电磁波，激发样品中的原子核发生共振吸收。

这时，探测系统会接收样品发出的共振信号，并将其转化为电信号。

最后，计算机系统会对接收到的信号进行数学处理，生成核磁共振波谱图。

核磁共振波谱图是核磁共振波谱法的主要结果，可以提供关于样品的结构和组成的信息。

波谱图中的共振信号对应于不同原子核的吸收峰，其化学位移（Chemical Shift）可以帮助确定样品中的不同官能团或基团。

同时，共振信号的相对积分面积可以提供定量分析所需的信息。

总体而言，核磁共振波谱法通过利用原子核在磁场中的共振吸收现象，能够提供丰富的结构和组成信息。

它在有机化学、无机化学、生物化学等领域有着广泛的应用，成为了一种重要的分析手段。

第11章 核磁共振波谱法将自旋核放入磁场后，用适宜频率的电磁波照射，它们吸收能量，发生原子核能级的跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振谱。

这种方法称为核磁共振波谱法（nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR ）。

在有机化合物中，经常研究的是1H 核和13C 核的共振吸收谱。

本章将主要介绍1H 核磁共振谱。

核磁共振波谱法是结构分析的重要根据之一，在化学、生物、医学、临床等研究工作中得到了广泛的应用。

分析测定时，样品不会受到破坏，属于无破坏分析方法。

§11-1 基本原理一、核的自旋运动有自旋现象的原子核，应具有自旋角动量（P ）。

由于原子核是带正电粒子，故在自旋时产生磁矩μ。

磁矩的方向可用右手定则确定。

磁矩μ和角动量P 都是矢量，方向相互平行，且磁矩随角动量的增加成正比地增加：P ⋅=γμ （11-1） 式中γ为磁旋比。

不同的核具有不同的磁旋比。

核的自旋角动量是量子化的，可用自旋量子数I 表示。

P 的数值与I 的关系如下：()π21h I I P ⋅+= （11-2） I 可以为0，21，1，211，……等值。

很明显，当I=0时，P=0，即原子核没有自旋现象。

只有当I>0时，原子核才有自旋角动量和自旋现象。

实验证明，自旋量子数I 与原子的质量数（A ）及原子序数（Z ）有关，如表11-1所示。

从表中可以看出，质量数和原子序数均为偶数的核，自旋量子数I=0，即没有自旋现象。

当自旋量子数21=I 时，核电荷呈球形分布于核表面，它们的核磁共振现象较为简单，是目前研究的主要对象。

属于这一类的主要原子核有H 11、C 136、N 157、F 199、P 3115。

其中研究最多、应用最广的是H 1和C 13核磁共振谱。

表11-1 自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系二、自旋核在磁场中的行为若将自旋核放入场强为B 0的磁场中，由于磁矩与磁场相互作用，核磁矩相对外加磁场有不同的取向。

核磁共振波谱法核磁共振（NMR）波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。

核磁共振波谱通过化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰，提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。

核磁共振定量分析以结构分析为基础，在进行定量分析之前，首先对化合物的分子结构进行鉴定，再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。

带正电荷的原子核在作自旋运动时，可产生磁场和角动量，其磁性用核磁矩µ表示，角动量P的大小与自旋量子数I有关（核的质量数为奇数，I为半整数；核的质量数为偶数，I为整数或0），其空间取向是量子化的；µ也是一个矢量，方向与P的方向重合，空间取向也是量子化的，取决于磁量子数m的取值（m=I, I-1,……-I，共有2I+1个数值）。

对于1H、13C 等 I =1/2 的核，只有两种取向，对应于两个不同的能量状态，粒子通过吸收或发射相应的能量在两个能级间跃迁。

当自旋量子数I≠0的磁核处于一个均匀的外磁场H0中时，磁核因受到磁场的作用力而围绕着外磁场方向作旋转运动，同时仍然保持本身的自旋。

这种运动方式称为拉摩进动。

原子核的进动频率由下式决定：其中γ为旋磁比，是原子核的基本属性之一。

不同原子核的γ值不同，其值越大，核的磁性越强，在核磁共振中越容易被检测。

如果提供一个射频场，其ν满足：其中h为普朗克常数，则：即射频场的频率正好等于在磁场H0中的核进动频率，那么核就能吸收这一射频场的能量，导致在两个能级间跃迁，产生核磁共振现象。

核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。

低灵敏度的主要原因是基态和激发态的能量差非常小，通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子（当外磁场强度约为2 T时）。

核磁共振波谱仪常见的有两类核磁共振波谱仪：经典的连续波（CW）波谱仪和现代的脉冲傅里叶变换（PFT）波谱仪，目前使用的绝大多数为后者。

核磁共振波谱法第四章核磁共振波谱法核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance NMR)波谱学是近几十年发展的一门新学科。

1945年以F．Block和E．M．Purcell为首的两个研究小组分别观测到水、石蜡中质子的核磁共振信号，为此他们荣获1952年Nobe1物理奖。

今天，核磁共振已成为化学、物理、生物、医药等研究领域中必不可少的实验工具，是研究分子结构、构型构象、分子动态等的重要方法。

第一节核磁共振基本原理一、核的自旋运动和NMR现象（一）原子核的自旋与原子核的磁矩核磁共振研究的对象是具有磁矩的原子核。

原子核是由质子和中子组成的带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩。

但并非所有同位素的原子核都具有自旋运动，只有存在自旋运动的原子核才具有磁矩。

原子核的自旋运动与自旋量子数I相关。

量子力学和实验均已证明，I与原子核的质量数(A)、核电荷数(Z)有关。

I为零、半整数、整数。

A为偶数、Z为偶数时，I＝0。

如12C6，16O8，32S16等。

A为奇数、Z为奇数或偶数时，I为半整数。

如1H1，13C6，15N7，19F9，31P15等I = 1/2；11B，33S16，35C117，37C117，81Br35等I ＝3／2；17O8，25Mg12,27Al13等I ＝5／2。

5A为偶数、Z为奇数时，I为整数。

如2H1，6Li3,14N7等I ＝1；58Co27等I = 2;10B5等I ＝3。

I ≠ 0的原子核，都具有自旋现象，其自旋角动量（P）为P = h/2π I( I + 1)，h为普朗克常数 6.624 ? 10-34 J.S具有自旋角动量的原子核也具有磁矩μ，μ与P的关系如下：μ＝γ．Pγ称磁旋比(magnetogyric ratio)。

同一种核,γ为常数。

如1H：γ＝2.6752 ? 108rad T-1S-1)；13C：γ＝6.728(107rad T-1S-1)；T =104高斯。