当前位置：文档之家 › 核磁共振氢谱2014.11.13

核磁共振氢谱2014.11.13

  • 格式：ppt
  • 大小：19.17 MB
  • 文档页数：140

下载文档原格式

  / 140

合集下载

核磁共振氢谱课件

核磁共振氢谱课件

脉冲频率发射器
核磁管
脉冲频率放大器
检测器
扫描发生器
核磁共振光谱仪的简单构造示意图 原理: 扫频--固定 H0，改变υ射，使υ射与H0匹配;
扫场--固定υ射，改变H0，使H0与υ射匹配;
记录仪
ppt精选版
18
ppt精选版
19
ppt精选版
20
ppt精选版
21
三、化学位移
1.化学位移的产生
在外磁场作用下, 核外电子
11
2.核磁共振 如果以射频照射处于外磁场H0 中的核, 且照射频率υ恰好满足下列关系时 hυ= △E 或 υ= ( /2 )B0 处于低能级的核将吸收射频能量而跃迁 至高能级, 这种现象称为核磁共振现象。 由上式可知,一个核的跃迁频率与磁场 强度B0 成正比, 使1H 核发生共振, 由 自旋m = ½取向变成m = -1/2的取向。 应供给△E 的电磁波(射频)。照射频率 与外加磁场强度成正比。
H (3.75) OCH3 C=C
H (3.99)
H
乙烯
H2 C =CH2
(5.28)
ppt精选版
36
若以乙烯为标准, δ=5.28进行比较, 可知乙烯醚上由于存在 P－π共轭, 氧原子上未共用P电子对向双键方向推移, 使 H 的电子云密度增加, H 的化学位移向高场(右移)δ值减小。 δ=3.57 和3.99; 而在α.β－ 不饱和酮中, 由于存在π－π 共轭。而电负性强的氧原子把电子拉向氧一方, 使 H 的电子 云密度降低, 化学位移移向低场(左移), δ值增大, δ=5.50 , 5.87
四甲基硅烷 Si(CH3)4 （TMS）
规为什定么: 用TTMMSS作=为0 基准?
（1 ） 12个氢处于完全相同的化学环境, 只产生一个吸收峰； （2）屏蔽强烈, 位移最大（0）。与一般有机化合物中的质子峰 不重叠； （3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低, 易回收。

核磁共振氢谱(化学位移)(共17张PPT)

核磁共振氢谱(化学位移)(共17张PPT)

不同质子的化学位移
不同质子的化学位移
LOGO
•TMS化学性质不活泼，与样品之间不发生化学反响和分子间缔合；
•TMS是一个对称结构，四个甲基的化学环境完全相同，不管在氢谱还 是碳谱都只产生一个吸收峰； •Si的电负性小(1.9)，TMS中氢核与碳核周围的电子云密度高，屏蔽效应大， 产生NMR信号所需的磁场强度比一般有机物中的氢核和碳核产生NMR信号 所需的磁场强度大得多，处于较高场，与绝大局部样品信号不发生重叠和干 扰；
不同质子的化学位移
核外电子的影响，屏蔽效应，化学位移 核磁共振氢谱(1H-NMR) ——化学位移(chemical shifts) 测定和计算方法——标准物质(通常用TMS，即四甲基硅)对照法： 四甲基硅(TMS)作为标准物质的优点： 核外电子的影响，屏蔽效应，化学位移 Produced by Jiwu Wen 核外电子的影响，屏蔽效应，化学位移 由于屏蔽效应不同导致化学环境不同的原子核共振频率不同，因而在不同的位置上出现吸收峰，这种现象称为化学位移。 TMS沸点低(27℃)，容易去除，有利于回收样品。 诱导效应：吸电子诱导效应降低原子核周围的电子云密度，化学位移向低场移动， 增大。 氢键：分子形成氢键后，氢核周围的电子云密度降低，产生去屏蔽作用，化学位移向低场移动， 增大。 (3)叁键的磁各向异性效应 核磁共振条件及面临的问题 TMS是一个对称结构，四个甲基的化学环境完全相同，不管在氢谱还是碳谱都只产生一个吸收峰； Produced by Jiwu Wen
h
h
2
B0(1
)
核共振频率不同，因而在不同的位置上出现 吸收峰，这种现象称为化学位移。
1
2
B0(1
)
化学位移的表示方法与测定

核磁共振氢谱PPT课件

核磁共振氢谱PPT课件

•
m=I, I-1, I-2, ……-I
• 每种取向各对应一定能量状态
• I=1/2的氢核只有两种取向
• I=1的核在B0中有三种取向
.
10
z
z
z
m =+1
m =
B0
m = +1/2
m =
m =
m =
m = 1/2
m = 1
m = 1 m = 2
I = 1/2
I=1
I=2
I=1/2的氢核 与外磁场平行，能量较低，m=+1/2, E 1/2= －B0
与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2, .
E -1/2=1B1 0
• 核磁矩与外磁场相互作用而产生的核磁场作用能 E, 即各能级的能量为 E=－ZB0
E 1/2= －B0 E-1/2= B0
.
12
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 由式 E = －ZB0及图可知1H核在磁场 中,由低能 级E1向高能级E2跃迁,所需能量为 △E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
代入上式得: h I(I1) 2
当I=0时,P=0,原子核没有自旋现象,只有I﹥0,原 子核才有自旋角动量和自旋现象
.
9
二、核自旋能级和核磁共振
(一)核自旋能级
• 把自旋核放在场强为B0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,共 有2I+1个,各取向可用磁量子数m表示
.
6
• 自旋角动量
– 一些原子核有自旋现象，因而具有自旋角动 量。由于核是带电粒子，故在自旋同时将产 生磁矩。核磁矩与角动量都是矢量，磁矩的 方向可用右手定则确定。

核磁共振氢谱解析ppt课件

核磁共振氢谱解析ppt课件
第三章 核磁共振氢谱
1. 核磁共振的基本原理 2. 核磁共振仪与实验方法 3. 氢的化学位移 4. 各类质子的化学位移 5. 自旋偶合和自旋裂分 6. 自旋系统及图谱分类 7. 核磁共振氢谱的解析
前言
过去50年，波谱学已全然改变了化学家、生物学家和 生物医学家的日常工作，波谱技术成为探究大自然中 分子内部秘密的最可靠、最有效的手段。NMR是其中 应用最广泛研究分子性质的最通用的技术：从分子的 三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应性和超 分子集体、有机化学的各个领域。 1945年 Purcell（哈佛大学） 和 Bloch（斯坦福大学） 发现核磁共振现象，他们获得1952年Nobel物理奖 1951年 Arnold 发现乙醇的NMR信号，及与结构的关 系 1953年 Varian公司试制了第一台NMR仪器
• 驰豫时间与谱线宽度的关系 ：即谱线宽度与驰豫 时间成反比。
• 饱和：高能级的核不能回到低能级，则NMR信号 消失的现象。
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--，800
MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR) 脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)
频率扫描（扫频）：固定磁场强度，改变射频频率 磁场扫描（扫场）：固定射频频率，改变磁场强度 实际上多用后者。 各种核的共振条件不同，如：在1.4092特斯拉的磁场,各 种核的共振频率为：
1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：

核磁共振氢谱核磁共振氢谱

核磁共振氢谱核磁共振氢谱
若考虑 C1上的平伏氢（Heq）和直立氢（Hax），C1—C6键与 C1—C2键均分对它 们产生屏蔽和去屏蔽作用，两种作用相互抵销。而 C2—C3键和 C5—C6键的作用 使直立氢（Hax）处于屏蔽区，在较高场共振，而平伏氢（ Heq）处于去屏蔽区 ，在较低场共振。两者的化学位移差很小，约 0.5。
在氘代氯仿溶剂中，样品分子与溶剂分子没有作用，处于羰基氧同一侧的甲基（ ）因空间位置靠近氧原子，受到电子云的屏蔽较大，在较高场共振，2.88；处于 另一侧的甲基（）在较低场， 2.97。在该体系中逐步加入溶剂苯，随着加入 量增多， 和 甲基的化学位移逐渐靠近，然后交换位置，即 甲基的谱峰出现在 较高场，而 甲基的谱峰出现在较低场。
11-12 0.4-3.5 2.9-4.8 5-6.5 6-8.2
R-SH
0.9-2.5 RCONHAr, ArCONHAr 7.8-9.4
ห้องสมุดไป่ตู้
核的等价性
核的等价性：化学等价和磁等价 化学等价又称化学位移等价。如果分子中有两个相同的原子或基团处于相
同的化学环境时，称它们是化学等价。化学等价的核具有相同的化学位移 值。 通过对称性操作可以来判断原子或基团的化学等价性。如果两个基团可通 过二重旋转轴互换，则它们在任何溶剂中都是化学等价的。 如果两个相同基团是通过对称面互换的，则它们在非手性溶剂中是化学等 价的，而在手性溶剂中不是化学等价的。
R C O O H a + H O H b R C O O H b + H O H a 结果在核磁共振谱图上，羧酸水溶液既不显示纯羧酸的信号，也不显示 纯水的信号，而只能观测到一个平均的活泼氢信号，信号的位置与溶液 中羧酸和水的摩尔比有关。
观察=Na* a+Nb* b 当体系中存在多种活泼氢时，同样也只能观测到一个平均的活泼氢信号

核磁共振 氢谱

核磁共振 氢谱

核磁共振氢谱核磁共振氢谱（Nuclear Magnetic Resoce, NMR）是一种用于测定物质分子结构的重要方法。

它利用了原子核在磁场中的磁矩与外加磁场的相互作用，通过观测原子核吸收或发射电磁波的情况，来确定物质分子的结构。

在核磁共振氢谱中，我们主要关注的是氢原子核（质子）的行为。

这是因为在大多数化合物中，氢原子的数量最多，其行为对整个分子的性质有着重要影响。

此外，由于氢原子核的磁矩比其他原子核大得多，因此它在NMR实验中的信号最强，最容易被检测到。

核磁共振氢谱的基本原理是：当样品处于强磁场中时，如果给予样品一个射频脉冲，那么处于不同化学环境的氢原子核就会吸收不同数量的能量，从而发生能级的跃迁。

当射频脉冲停止后，这些氢原子核会以不同的速率重新放射出能量，产生不同的信号。

通过测量这些信号的强度和时间间隔，我们就可以得到关于样品的信息。

在实际操作中，我们会将样品溶解在一种称为氘代溶剂的液体中，然后放入NMR仪器中进行测量。

氘代溶剂是一种含有重氢（即氘，其原子核也是由一个质子和一个中子组成）的液体，它的优点是不会产生信号干扰。

通过分析核磁共振氢谱，我们可以确定样品中各种不同类型的氢原子的数量，以及它们之间的相对位置关系。

这对于研究物质的分子结构、化学反应过程等都有着重要的意义。

总的来说，核磁共振氢谱是一种非常强大的分析工具，它不仅可以提供关于样品的详细信息，而且操作简便、准确度高。

然而，它也有一些局限性，例如对于含有大量未定域电子的样品，或者对于某些特定的化学环境，NMR信号可能会受到干扰。

因此，在使用NMR进行分析时，我们需要根据具体的样品和目标来选择合适的条件和方法。

核磁共振氢谱（PMR或1HNMR）

核磁共振氢谱（PMR或1HNMR）核磁共振氢谱(PMR或1HNMR)核磁共振技术是20世纪50年代中期开始应⽤于有机化学领域，并不断发展成为有机物结构分析的最有⽤的⼯具之⼀。

它可以解决有机领域中的以下问题：（1）结构测定或确定，⼀定条件下可测定构型和构象；（2）化合物的纯度检查；（3）混合物分析，主要信号不重叠时，可测定混合物中各组分的⽐例；（4）质⼦交换、单键旋转、环的转化等化学变化速度的测定及动⼒学研究。

NMR的优点是：能分析物质分⼦的空间构型；测定时不破坏样品；信息精密准确。

NMR通常与IR并⽤，与MS、UV及化学分析⽅法等配合解决有机物的结构问题，还⼴泛应⽤于⽣化、医学、⽯油、物理化学等⽅⾯的分析鉴定及对微观结构的研究。

⼀、基本概念核磁共振（简称为NMR）是指处于外磁场中的物质原⼦核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作⽤时，在其磁能级之间发⽣的共振跃迁现象。

检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。

因此，就本质⽽⾔，核磁共振波谱是物质与电磁波相互作⽤⽽产⽣的，属于吸收光谱（波谱）范畴。

根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分⼦结构。

发展历史1．1946 年美国斯坦福⼤学的F. Bloch 和哈佛⼤学E.M .Purcell领导的两个研究组⾸次独⽴观察到核磁共振信号，由于该重要的科学发现，他们两⼈共同荣获1952 年诺贝尔物理奖。

NMR发展最初阶段的应⽤局限于物理学领域，主要⽤于测定原⼦核的磁矩等物理常数。

2．1950 年前后W .G. Proctor等发现处在不同化学环境的同种原⼦核有不同的共振频率，即化学位移。

接着⼜发现因相邻⾃旋核⽽引起的多重谱线，即⾃旋—⾃旋耦合，这⼀切开拓了NMR 在化学领域中的应⽤和发展。

3．20 世纪60 年代，计算机技术的发展使脉冲傅⾥叶变换核磁共振⽅法和谱仪得以实现和推⼴，引起了该领域的⾰命性进步。

随着NMR 和计算机的理论与技术不断发展并⽇趋成熟，NMR ⽆论在⼴度和深度⽅⾯均出现了新的飞跃性进展，具体表现在以下⼏⽅⾯：1）仪器向更⾼的磁场发展，以获得更⾼的灵敏度和分辨率，现⼰有300、400、500、600MHz，甚⾄1000MHz 的超导NMR 谱仪；2）利⽤各种新的脉冲系列，发展了NMR 的理论和技术，在应⽤⽅⾯作了重要的开拓；3）提出并实现了⼆维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量⼦跃迁等NMR 测定新技术，在归属复杂分⼦的谱线⽅⾯⾮常有⽤。

《核磁共振氢谱》课件


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

第二章核磁共振氢谱

这种改变的程度取决于配合的强度以及核与顺磁金属 原子核的距离。因此，不同类型的核以不同的程度位移， 导致核磁谱的简单化。
在手性位移试剂存在下，对映体的核磁谱的不等价性， 可用手性位移试剂一一手性化合物所生成的非对映配合物 的几何结构的不同以及可能引起的磁环境的不同来解释
第二章核磁共振氢谱
第二章核磁共振氢谱
第二章核磁共振氢谱
间和对-硝基苯乙酸的核磁共振氢 谱
第二章核磁共振氢谱
• 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
3.650
30
AAˊBBˊ系统:
理论上出现28条峰，AA′，BB′各自14条峰。 例如：
A X
B
C
A'
B'
A B
X
A OH
B
Y
A' B'
OH
B'
A'
A Cl
B
B' Cl
A'
第二章核磁共振氢谱
邻二氯苯的谱图如下：
Fri Apr 21 21:15:23 2000: (untitled) W1: 1H Axis = ppm Scale = 2.96 Hz/cm
第二章核磁共振氢谱
例如：β-氯乙醇
Fri Apr 21 18:54:06 2000: (untitled) W1: 1H Axis = ppm Scale = 4.59 Hz/cm

第三讲核磁共振氢谱

如物质中存在不配对电子时，则出现顺磁性， 而且可超过任何的抗磁性。屏蔽与去屏蔽取决于 核相对任一感生磁场的方向，故称为各向异性 效应。抗磁性各向异性是由p和s电子云内的环流 引起的。
12
Cotton原子轨道能级图
原 子 顺 磁 性 的 判 断
13
2、化学位移(Chemical shift) d
核所处的化学环境不同，则s不同，出峰 位置也不同。因s总是远远小于1，所以峰的 位置不易精确测定。故在实验中采用某一标准 物质为基准，一般以基准物的峰为核磁图的原点。 不同官能团的原子核谱峰位置相对于原点的距离， 反映了它们所处的化学环境，称为化学位移。
环状共轭体系都有强烈的环电流效应。
23
24
（4）共轭效应 苯环上的氢被推电子基团(如CH3O)，由于
p-p共轭，使苯环上的电子云密度增大，d值向
高场位移；拉电子基团(如C=O，NO2)取代，由
于p-p共轭，使苯环电子云密度降低，d值向低场
移动。
25
26
（5）相邻基团电偶极和范德华力的影响 a、当分子内有强极性基团时，它在分子内
二、偶合常数
当自旋体系存在自旋-自旋偶合时，核磁 共振谱线发生分裂。由分裂所产生的裂距反映 了相互偶合作用的强弱，称为偶合常数 (coupling constant) J (Hz)。
偶合常数反映的是两个核之间作用的强弱， 其数值与仪器的工作频率无关。偶合常数的 大小和两个核在分子中间隔的化学键的数目密切 相关。 2J、3J
30
Ha He
Ha He
31
（7）氢键 无论分子内还是分子间氢键的形成都
使氢受到去屏蔽作用。
由于氢键对化学位移的影响较大，羟基、
胺基等基团的d值可以在一个较大的范围内
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1 m=+— 2 1 m= — 2
方向（z 轴）的分量
μz = Pz = m h
2
1 I =— 2
Pz ——自旋角动量（P）在 B0 方向（z 轴）的分量
h PZ m 2
h 各自旋状态的能量为： E z B0 m B0 2
B0
1 m=— 2
µz
核磁能级
h E + B0 4
σ
B 2 屏蔽效应 (1 ) B0 屏蔽常数 2
Larmor 频率位移
B感应
3.2 化学位移的表示方法
与 B0 有关
核磁共振谱仪 的工作频率 化学位移
(1 ) B0 2
∆样品 = 样品 − 标准（Hz）
CH3—CH2—O—CH2—CH3
69 Hz 230 Hz 1.15 ppm
§2 核磁共振波谱仪简介
2.1 核磁共振仪简介
1. 连续波核磁共振仪 (CW-NMR)
扫描方式：扫场或扫频
磁场：永久磁铁
、电磁铁、超导磁铁 工作频率：< 100 MHz 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
2. 核磁共振仪的发展
仪器的工作频率
1950’s 初，30 ~ 40 MHz 1958年，60 MHz， 90 MHz 1960’s，超导核磁共振技术，100 ~ 250 MHz 1970’s后，Fourier变换技术与超导技术相结合 300 MHz、400 MHz、500 MHz、 600 MHz、800 MHz 900 MHz
1 I. Rabi 2 F. Bloch 3 E.M. Purcell 4 W.E. Lamb 1944 1952 1952 1955 7 8 9 A. Kastler J.H. Van Vleck N. Bloembergen 1966 1977 1981 1983
10 H. Taube
5 P. Kusch 6 C.H. Townes
质子的化 学位移
1H核外电子运动
质子所在位置感应 磁场的方向和大小 分子中其它电子运 动产生的感应磁场
与B0反向
产生的感应磁场
与B0反向
与B0同向
屏蔽作用
屏蔽作用
去屏蔽作用
使化学位移 δ 值减小
使化学位移 δ 值增大
1. 诱导效应
吸电子的诱导效应使核外电子云密度降低，起去屏蔽作用， 化学位移值增大；供电子的诱导效应起屏蔽作用，使化学位 移减小。诱导效应越强，影响越大。
由永久磁铁到电磁铁再到超导磁体
60 MHz 300 MHz 600 MHz
1.4092 T 7.046 T 14.092 T
B0 0 2
超导磁铁磁场稳定，磁场高，做出谱图的 分辨率高，灵敏度高，便于分析。
从使用单一频率的无线电射频到采用包含选定 磁性核的全部共振频率的强而短的射频脉冲
高能态
h B0 能级差 E 2
1 m=+—
2
h E B0 4
低能态
I 为 1/2 的核的两个核磁能级的能量差与外磁场的关系
m=
E
1 — 2
h E B0 2
m=+ B0
1 — 2
1.5 核磁共振的产生
在外磁场中，有自旋磁矩的原子核的两个相 邻核磁能级的能量差与无线电波的能量相当。如 用一无线电波来照射样品，当无线电波的能量与 原子核的两个相邻核磁能级的能量差相等时，原 子核就会吸收该无线电波的能量，发生能级跃 迁，由低能自旋状态变成高能自旋状态。这种现 象就是核磁共振现象。
重力场中陀螺的运动
自旋量子数 I = 1/2 的自旋核在外磁场中的运动
B0
B0Βιβλιοθήκη 回旋轴 自旋轴Larmor 进动
核回旋的频率 （0）
自旋轴 回旋轴

Larmor 频率
1 m=+— 2
1 m= — 2
µ 0 = B0
1.3 自旋核在外磁场中的空间取向
自旋量子数为 I 的核在外磁场中的自旋状态有：2I + 1 种
5/2
O8, 25 Mg 12 ,27Al 13 , 55 Mn 25, 67Zn 30 等
5
奇数
· · 2 H1, Li 3 偶数 1, 2, 3 · ,14 N ,7 58Co 27 , 10 B
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
课堂练习
• I=1/2的原子核,核外电子云呈球形分布于核表 面,如: 1H1, 13C6, 19F9,31P15 • 它们核磁共振现象较简单;谱线窄,适宜检测, 目前研究和应用较多的是1H和13C核磁共振谱 • I>1/2的原子核,核电荷于核表面非球形分布， 核磁共振信号复杂，难以解析。
1.2 原子核在外磁场 B0中的回旋运动 ——Larmor 进动
其自旋磁矩的空间取向： 2I + 1 种
自旋磁量子数 ( m ) m = I, I −1, · · ·, −I 等。
z
B0
1 m=+—
z
B0
m = +1
2
1 I =— 2
I =1
1 m= —
m =0 m = −1
2
1.4 核自旋能级 z
B0
µz
在外磁场中，自旋核各自 旋状态的能量是量子化的
µ z —— 自旋磁矩（µ ）在 B0
三甲基硅基丙磺酸钠（DSS） (CH3)3SiCH2CH2CH2SO3Na CH3 水溶性好
CH3 Si CH3 CH2 CH2 CH2
O
S O ONa
几个常用术语之间的关系
δ大 屏蔽小
(1 ) B0 2
δ小
高频
屏蔽大 低频
3.3 影响化学位移的因素
结构因素 介质因素
(1 ) B0 2
第五章 核磁共振波谱法
Nuclear Magnetic Resonance
NMR
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
对 NMR 作出贡献的 12 位 Nobel 奖得主
1.6 核自旋驰豫
激发到高能态的核必须通过适当的途径将其 获得的能量释放到周围环境中去,使核从高能态回 到原来的低能态,这一过程称为自旋驰豫
• 驰豫过程是核磁共振现象发生后得以保持的必要条 件
自发辐射的概率近似为零
• 高能态核
低能态核
通过一些非辐射途径回到 这种过程叫核自旋驰豫 （将自身的能量传递给周围环境或其它低能级态）
13C
200 MHz
150 MHz
1
100 MHz
19 F
50 MHz
13 2
0 MHz
B0 = 4.7 T 时常见核的共振频率
仪器
B0
H
C
H
200 MHz 4.7 T 200 MHz 188.2 MHz 50.3 MHz 30.7 MHz 300 MHz 7.0 T 300 MHz 282.2 MHz 75.4 MHz 46.1 MHz 500 MHz 11.7 T 500 MHz 470.5 MHz 125.7 MHz 76.8 MHz
自旋量子数 I ≠ 0 的原子核 都有自旋运动 自旋磁矩（µ ）
磁性核
自旋磁矩 μ
核磁共振现象
为旋磁比
H 13C
1
µ= · P
自 旋 轴
26.7519 × 10 7 T-1 s-1 6.7283 × 107 T-1 s-1
+
值越大，核的磁性越强，检测灵敏度越高 自旋角动量（P）
h P= I ( I + 1) 2
h射 =
无线电波 的能量
相邻核磁能 级的能量差
h E B0 2
B0 0 2 无线电波频率 = Larmor 频率
射 B0 0 2
200 MHz
1H
不同的核， 不同， 不同
81 MHz
B0 一定时
188.2 MHz
19F
31P
50.3 MHz
化学环境不同 的 1H 核在不同位 置（ν）产生共振 吸收 化学环境不同的 1H 核在外 磁场中以不同的 Larmor 频率进 动；1H 核在分子中所处的化学环 境不同导致 Larmor 频率位移
1H
核磁共振的条件
O
B0 0 2
CH3 c (c)
CH3 O CH 2 (b) (a)
例一
CH3F
CH3OCH3 CH3Cl CH3Br CH3I CH3CH3
δ/ ppm
4.26 3.24 3.05 2.68 2.16 0.88
例二
δ/ ppm
CH3Cl
CH2Cl2 CHCl3 3.05 5.33 7.24
例三
CH3Br
δ/ ppm
无线电波频率 = Larmor 频率
=
3.1 屏蔽效应和屏蔽常数
核外电子运动的感应磁场强度 B0 B感应 =σB0 1H核实际感受到的磁场强度 B = B0 − B感应 = B0 −σB0 = B0 ( 1 −σ)
e + 核
核外电子运动产
生的感应磁场导致1H 核实际感受到的磁场 强度小于外磁场强度
2.2 核磁共振氢谱的表示方法
1. 核磁共振谱图
2. 核磁共振数据 乙酸乙酯的核磁共振氢谱
H NMR ( 300 MHz, CDCl3 ),δ( ppm ) 1.867 ( t, J = 7.2 Hz, 3H ), 2.626 ( s, 3H ), 4.716 ( q, J = 7.2 Hz, 2H )