化学核磁共振氢谱原理
核磁共振（NMR）是一种基于核自旋转动的技术，可以用来检测原子核周围的局部化电子云的情况。在NMR谱中，谱线的位置和相对强度提供了有关被测物质分子结构和环境的信息。其中，核磁共振氢谱是应用最为广泛的一种NMR谱，因为氢是最常见的元素，并且其核表现出的巨大概率使其成为研究分子结构和分子动力学的理想工具。
核磁共振氢谱中，样品应置于强磁场中，如1.5T或3T。磁场越强，谱线分辨率就越高。当样品置于磁场中时，样品中的氢原子的核自旋将产生磁偶极矩，指向磁场的方向。由于氢原子核是质子，其核自旋量子数I=1/2，有两个可分裂的能级，一个高能级和一个低能级。处于低能级态的核愿意对准磁场的方向，而处于高能级态的核要反对磁场的方向，它们会呈现两个核自旋状态，称为alpha（↑）和beta（↓）。
如果在磁场中应用一个射频脉冲，使得大量的α核的磁偶极矩沿着磁场的方向发生倒转转到β核状态，即翻转角度θ=180°，这可以通过正弦射频场产生。当射频场停止时，翻转后的核会返回到α或β状态，向高或低能级态发送能量，然后释放出辐射能。这些释放出来的能量共振与垂直于磁场的射频场产生的能量相互作用而产生一个感应电压，可以通过探测器检测。由于磁场对于相邻的原子核有微小的差别，因此每个化学位阶均会产生磁共振信号，这称为化学位移。确切的化学位移是由核自旋和电子环境的相互作用以及相邻的核自旋和化学结构特性的影响所决定的。
化学位移是以化学位移量（单位是ppm）表达的，可以用来识别不同的化合物和它们的结构，以及定量计算样品中每种化合物的相对数量。从氢谱中识别化学位移可以进一步了解分子结构及其他化学性质。例如，苯环上的氢原子的化学位移约为7.2 ppm，而甲基上的氢原子的化学位移约为0.9 ppm。此外，不同的化学官能团也可能对氢的化学位移产生影响。例如，羧酸基会通过与周围的氢原子进行氢键作用来影响化学位移，使它们呈现较高的位移，化学位移约为10-13 ppm。
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；
核磁共振——氢谱
PB07206298龚智良
实验目的
1. 掌握制样技术；
2. 了解超导傅立叶变换核磁共振谱仪的工作原理，实习上机操作；
3. 初步掌握获得1H-NMR谱图的操作程序与技术，做出给定未知物的1H-NMR谱图；
4. 掌握解析未知物的1H-NMR谱图的方法；
5. 掌握使用几种不同的谱图索引查找标准谱NMR图。
实验原理
核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核。由于原子核是带正电的粒子，故在自旋运动时将产生磁矩，
但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，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。I=0的原子核没有自旋运动，I≠0的原子核有自旋运动。
I=1/2的原子核具有电荷在核表面均匀分布的旋转球体。这类核不具有电四极矩，核磁共振谱线较窄，
最适宜核磁共振检测。氢原子就是这样的原子。
根据量子力学规则，原子核自旋角动量在z轴上的投影只能取一些不连续的值
Pz=mℏ
式中m为原子核的磁量子数。从而原子核不同能级之间的能量差为
∆E=−γ∆mℏB0
由量子力学选择定则，只有∆m=±1的跃迁才是允许的。所以相邻能级之间发生跃迁所对应的能量差为
∆E=γℏB0
在静磁场中，具有磁矩的原子核存在着不同的能级。此时，如果运用一特定频率的电磁波来照射样品，并
使该电磁波满足
hυ=γℏB0
即可产生核磁共振现象。
仪器结构
脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪主要由五个部分组成。射频发射头、探头、磁场系统、信号接收系统和
信号处理系统与控制系统。仪器的结构框图如图1所示。
射频发射系统是将一个稳定、已知频率的石英晶体震荡器（即主钟）产生的电磁波，经频率综合器精图1：脉冲傅立叶变换核磁共振谱仪结构框图 确地合成出欲观测核、被辐照核和锁定核的三个通道所需要的频率射频源。
探头是整个仪器的心脏，固定在磁极间隙中间。备有多种探头组件和插件。这些组件和插件中除了有
放置样品管的支架和驱使样品管旋转的系统外，还装有向样品管发射射频场的发射线圈和用于接受共振信
核磁共振氢谱 解析图谱的步调
核磁共振氢谱核磁共振技术发展较早，20世纪70年代以前，主要是核磁共振氢谱的研究和应用。70年代以后，随着傅里叶变换波谱仪的诞生，13C—NMR的研究迅速开展。由于1H—NMR的灵敏度高，而且积累的研究资料丰富，因此在结构解析方面1H—NMR的重要性仍强于13C—NMR。 解析图谱的步调 1.先观察图谱是否符合要求;①四甲基硅烷的信号是否正常;②杂音大不大;③基线是否平;④积分曲线中没有吸收信号的地方是否平整。如果有问题，解析时要引起注意，最好重新测试图谱。 2.区分杂质峰、溶剂峰、旋转边峰(spinning side
bands)、13C卫星峰(13C satellite peaks) (1)杂质峰：杂质含量相对样品比例很小，因此杂质峰的峰面积很小，且杂质峰与样品峰之间没有简单整数比的关系，容易区别。 (2)溶剂峰：氘代试剂不成能达到100%的同位素纯度(大部分试剂的氘代率为99-99.8%)，因此谱图中往往呈现相应的溶剂峰，如CDCL3中的溶剂峰的δ值约为7.27 ppm处。 (3)旋转边峰:在测试样品时，样品管在1H-NMR仪中快速旋转，当仪器调节未达到良好工作状态时，会出现旋转边带，即以强谱线为中心，呈现出一对对称的弱峰，称为旋转边峰。 (4)13C卫星峰：13C具有磁距，可以与1H偶合发生裂分，称之为13C卫星峰，但由13C的天然丰度只为1.1%，只有氢的强峰才干观察到，一般不会对氢的谱图造成干扰。 3.根据积分曲线，观察各信号的相对高度，计算样品化合物分子式中的氢原子数目。可利用可靠的甲基信号或孤立的次甲基信号为尺度计算各信号峰的质子数目。 4.先解析图中CH3O、CH3N、 、CH3C=O、CH3C=C、CH3-C等孤立的甲基质子信号，然后再解析偶合的甲基质子信号。 5.解析羧基、醛基、分子内氢键等低磁场的质子信号。 6.解析芳香核上的质子信号。 7.比较滴加重水前后测定的图谱，观察有无信号峰消失的现象，了解分子结构中所连活泼氢官能团。 8.根据图谱提供信号峰数目、化学位移和偶合常数，解析一级类型图谱。 9.解析高级类型图谱峰信号，如黄酮类化合物B环仅4，-位取代时，呈现AA,BB,系统峰信号，二氢黄酮则呈现ABX系统峰信号。 10.
