NMR(核磁共振)解析

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核磁共振氢谱(NMR)

氢谱可以用于鉴定生物体内代谢产物的化学结构，有助于了解生物体的代谢过程和生理状态。
代谢物变化分析
通过比较不同生理状态下的氢谱数据，可以分析代谢产物的变化，从而研究疾病、营养状况等对生物体的影响。
药物代谢动力学研究
药物代谢过程研究
氢谱可以用于研究药物在体内的代谢过程，了解药物在体内的转化和排泄机制。
反应机理研究
总结词
核磁共振氢谱在反应机理研究中具有重要应用，通过监测反应过程中谱峰的变化，可以揭示反应的中间产物和反应路径。
详细描述
核磁共振氢谱可以实时监测反应过程中氢原子所处的化学环境变化，从而揭示反应的中间产物和反应路径。通过分析谱峰的变化，可以推断出反应过程中各组分的生成和消耗情况，有助于深入理解反应机理。
催化剂活性位点研究
总结词
核磁共振氢谱在催化剂活性位点研究中具有独特的应用价值，通过分析催化剂表面吸附物种的谱峰特征，可以揭示催化剂的活性位点和反应机制。
详细描述
核磁共振氢谱可以用来研究催化剂表面吸附物种的结构和性质。通过分析谱峰的位置和裂分情况，可以推断出吸附物种所处的化学环境和与催化剂表面的相互作用关系。这些信息有助于揭示催化剂的活性位点和反应机制，对于优化催化剂性能和提高催化反应效率具有重要意义。
重要信息。
生物医学
用于研究生物大分子的结构和功能，为疾病诊
断和治疗提供依据。
02
核磁共振氢谱的基本原理
原子核的自旋与磁矩
原子核自旋
原子核具有自旋角动量，使得原子核具有一定的磁矩。
磁矩与磁场相互作用
能级跃迁
当外加射频场能量与能级分裂相匹配时，原子核发生能级跃迁，释放出共振信号。
原子核磁矩在外部磁场中受到洛伦兹力，产生能级分裂。

NMR碳谱图谱解析及新技术

在药物研发中的应用
1 2 3
药物代谢研究
通过分析药物在体内的碳谱特征，可以了解药物在体内的代谢过程和机制，有助于药物设计和优化。
药物相互作用研究
比较不同药物组合的碳谱图谱变化，可以研究药物之间的相互作用和影响，有助于发现潜在的药物相互作用和不良反应。
药物筛选与发现
通过比较不同化合物或天然产物的碳谱图谱特征，可以发现具有潜在药物活性的化合物，为新药研发提供候选分子。
05 未来展望
NMR技术的发展趋势
分辨率提升
随着技术的不断进步，NMR的分辨率将进一步提高，能够更准确地解析出不同碳原子之间的微小差异。
灵敏度增强
通过改进检测器技术和信号处理算法，提高NMR的灵敏度，从而能够检测到更低浓度的碳化合物。
谱图解析自动化
未来NMR技术将更加注重自动化和智能化，通过人工智能和机器学习等技术，实现谱图解析的自动化和快速化。
定量分析
通过对比不同样品或不同条件下的碳谱图谱，进行定量分析，评估各组分或分子片段的相对丰度。
碳谱图谱解析的难点与挑战
复杂样品
01
对于组成复杂、结构多样的样品，解析其碳谱图谱需要较高的
解析技巧和经验。
分辨率问题
02
由于碳核自旋量子数较小，碳谱的分辨率相对较低，给信号归
属和定量分析带来一定的困难。
原理
原子核在磁场中受到磁力作用，其自旋能级发生分裂，当受到特定频率的电磁辐射时，低能级的原子核会吸收能量跃迁到高能级，同时释放出能量信号，通过检测这些信号可以获得物质的结构信息。
NMR技术的发展历程
1940年代
核磁共振现象被发现。
1980年代至今
NMR技术不断发展，出现了多种新技术和实验方法，广泛应用于化学、生物学、医学、材料科学等领域。

NMR-核磁共振碳谱解析

22.2 23.2
H3C
H3C CH H2 C
CH3 C H CH2 CH3
1 2 3 4 5 6
92.9 72.5 73.8 70.6 72.3 61.6
96.7 75.1 76.7 70.6 76.8 61.7
一些经验规律 1.烷烃 1). 直链n≥4 端基甲基13 -14 ppm 2). C上取代基多，C大 3). -C上取代基多， C大
NOESY 记录分子中所有质子NOE效应的二维谱
b
a
CHO
c d
HO OCH3
e
10
H
1 5 4
9 7
H O
800<M<3000时 NOE信号较弱，此时采用ROESY作谱
2D-INADEQUATE谱(Incredible natural abundance double quantum transfer experiment) 直接显示13C-13C连接技术（灵敏度低，需要100mg以上样品）
-3.2 +11.1 CH3 AcO C CH3 CH3
+2.5
CH2OAc
-3.6
OH OH
O OMe
OH
AcO
-4.1 +6.1
苷化位移 1) Alcoholic glycosides
G +5.6 O CH2 +7.3 CH2 -3.3 CH3
Anomeric 1°-OH -D-glc -D-glc 2°-OH -D-glc -D-glc +5.6 +5.9 +3.5 +4.4
X-CH2-CH2-CH3
电负性 2.1 H 2.5 CH3 3.0 -NH2 H -1.90 0.23 0.86

NMR-核磁共振(含化学位移概念)

NMRNMR（Nuclear Magnetic Resonance）为核磁共振。

是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生蔡曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。

核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核蔡曼能级上的跃迁。

国内叫NMR，国外叫MR，因为国外比较避讳Nuclear这个单词。

目录基本原理核磁共振应用核磁共振发展动向二维核磁共振波谱的基本原理划分区域基本原理自旋量子数I不为零的核与外磁场 H0相互作用，使核能级发生2I+1重分裂，此为蔡曼分裂。

核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。

50多年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科。

核磁共振应用核磁共振适合于液体、固体。

如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。

核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D）发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。

在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振这个名词，包括我们在日常生活中熟悉的大集团。

而且它在化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业部门用途日益广泛。

在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。

但在石油化工、医疗诊断方法应用较多。

核磁共振发展动向20世纪后半叶，NMR技术和仪器发展十分快速，从永磁到超导，从60MHz到800MHz的NMR谱仪磁体的磁场差不多每五年提高一点五倍，这是被NMR在有机结构分析和医疗诊断上特有功能所促进的。

现在有机化学研究中NMR已经成为分析常规测试手段，同样，在医疗上MRI（核磁共振成像仪器）亦成为某些疾病的诊断手段。

核磁共振(NMR)

1，原子核的塞曼效应与核磁共振
• 原子核有角动量，因而有磁矩。如果原子核的自旋量子数为I，相应的角动量为 PI ，则原子核的磁矩为 e • （1） gN PI
2m p
• 设外磁场的方向沿Z轴，则磁场与原子核磁矩的相互作用能为
•
E B g N N mB
2，NMR过程的经典描述：共振与弛豫
• 共振前后磁化强度的方向
2，NMR过程的经典描述：共振与弛豫
• 一旦射频信号消失，或者不再满足共振条件，则射频信号就不再起作用，这时候，原子核系统吸收的能量要放出来，具体过程是：磁化强度M逐渐向Z轴靠拢并最后回到Z轴方向，而磁化强度在 XOY平面内的分量Mxy要逐渐趋于0。这里，磁化强度的Z分量与XOY平面内的分量Mxy是独立变化的，一般来说，分量Mxy在Z分量完全恢复到平衡值以前先变为0。整个恢复平衡的过程叫弛豫过程。从实验室坐标系来看，磁化强度恢复平衡的过程是磁化强度绕Z轴进动的过程，具体图象如下：
2 2 2 B0
3 2 3 ( B0 Bm2 )
• 由此可以计算出磁场B0和Bm，并能检验扫描磁场的对称性。要求在5个以上的扫描电压下，分别测出对应的共振点的参数。
4，实验任务与测量方法
• 峰点共振
4，实验任务与测量方法
• 过零点共振
4，实验任务与测量方法
• 谷点共振
4，实验任务与测量方法
• 典型结果
4，实验任务与测量方法
• 装置框图
4，实验任务与测量方法
• • • • 4.2 P-NMR实验：测量横向弛豫时间T2。共振条件： B0 方法：自旋回波法采用双脉冲，先发90o脉冲，经过时间τ，再发180o脉冲，则在2τ时刻，出现回波。详细分析见讲义。

核磁共振光谱(NMR)

③ 苯环的磁的各向异性效应苯环的电子云对称地分布于苯环平面的上下方，当外磁场方向垂直于苯环平面时，在苯环上下方各形成一个类似面包圈的 π 电子环流，此电子环流所产生的感应磁场也是各向异性的。
4、氢键效应
分子形成氢键后，使质子周围电子云密度降低，产生
去屏蔽作用而使化学位移移向低场。
例如，一化合物其结构可能为（1）、（2）或（3），又知它的两个羟基氢的化学位移测定值分别为 δ10.5 和 δ5.2 ，试问其结构为哪一种?
2、原子核的磁矩
原子核是带正电荷的粒子，当作自旋运动时，会产生循环电流，也就会产生磁场，用磁矩μ来表示这种磁性质，其大小与角动量 P 成正比。
P
称为磁旋比，是原子核的重要属性。
二、自旋核在磁场中的行为
无外磁场时，原子核的自旋取向是任意的，但有外磁场存在时，原子核就会相对于外磁场发生自旋取向。按照量子力学理论，核的自旋取向数为：
的绝对值为：
P h I (I 1)
2
式中，P 为核自旋角动量的最大可观察值，I 为核自旋量子数，h 为普朗克常数。
核自旋量子数与原子量与原子序数有关，详见下表。
I = 0 的核没有自旋现象，不产生 NMR 信号；I＞1/2 的核，有电四极矩，不适于 NMR 研究； I = 1/2 的核，其电荷呈球形发布，是 NMR 中最主要的研究对象，尤以 1H1 和 13C6 核研究的最多。
OH COOC2H5
OH
HO
COOC2H5
COOC2H5
OH
(1)
OH
(2)
OH
(3)
磁的各向异性效应是通过空间传递的。在氢谱中，这种效应很重要。
① 叁键的磁的各向异性效应

核磁共振nmr原理

核磁共振nmr原理核磁共振(NMR)是一种基于原子核的物理现象而建立的一种分析技术。

它被广泛应用于化学、物理、生物等领域，尤其在化学领域中是一种常见的分析手段。

核磁共振技术可以用来测定物质的结构、分子之间的相互作用、化学反应的动力学等。

核磁共振技术的基本原理是利用原子核的自旋和磁矩行为。

原子核具有自旋和磁矩两个性质。

自旋是指原子核自身固有的角动量，而磁矩是指原子核在外磁场下产生的磁场。

当原子核处于外磁场中时，由于自旋和磁矩之间的相互作用，原子核会发生能级分裂现象。

在核磁共振实验中，外加一个恒定磁场，使样品中的原子核都根据其自旋的性质分为两个能级，分别对应于不同的能量。

这样的能级分裂会导致原子核的磁矩在外磁场中有两个不同的方向。

外磁场也会对原子核磁矩施加一个力矩，使原子核的自旋在外磁场方向上有一个进动的运动。

外磁场对原子核的能级分裂可以用精细结构常数来描述。

精细结构常数是一种度量原子核间相互作用的力度的物理量。

对于具有不同的原子核和不同的分子，精细结构常数会有所差异。

在核磁共振谱仪中，会通过调节外磁场的强度，并利用射频脉冲来激发样品中的原子核的进动。

射频脉冲产生的光谱信号会被检测，并通过数码计算机进行处理，最终得到核磁共振谱图。

核磁共振谱图是由峰表示的，每个峰对应于不同的分子结构。

通过核磁共振谱图，可以确定物质的结构、分子之间的相互作用以及化学反应的动力学等信息。

核磁共振技术的应用非常广泛。

在化学领域中，核磁共振技术可以用来确定有机化合物的结构，分析分子中的基团以及研究分子间的相互作用等。

在生物医学领域中，核磁共振技术可以用来研究蛋白质的折叠、细胞的内部结构以及代谢过程等。

此外，核磁共振技术还可以应用于材料科学、物理学等研究领域。

总的来说，核磁共振技术是一种基于原子核自旋和磁矩行为的分析手段。

通过调节外磁场的强度和应用射频脉冲，可以激发样品中的原子核，并通过测量光谱信号得到核磁共振谱图。

核磁共振技术在化学、物理、生物等领域中应用广泛，并为科学研究和实际应用提供了丰富的信息。

核磁共振图谱解析解析NMR

同核J-偶合(Homonuclear J-Coupling)
多重峰出现的规则: 1. 某一原子核与N个相邻的核相互偶合将给出(n+1)重峰. 2. 等价组合具有相同的共振频率.其强度与等价组合数有关. 3. 磁等价的核之间偶合作用不出现在谱图中. 4. 偶合具有相加性. 例如: observed spin coupled spin intensity
JCH JCH
H C
p-pulse on H
H C
这相当于使用一系列1800脉冲快速照射氢核。 pH pH
C-H
+J/2
C-H
-J/2
C-H
+J/2
pH
C-H
-J/2
pH
C-H
+J/2
pH
C-H
-J/2
Fig. 4-2.5 The proton-decoupled 13C spectrum of 1-propanol
H-12C H-13C H-13C x100
105 Hz
proton-coupled spectra (nondecoupled spectra)
Quartet, J=127 Hz
Proton-coupled spectra for large molecules are often difficult to interpret. The multiplets from different C commonly overlap because the 13C-H coupling constants are frequently larger than the chemical differences of the C in the spectrum. 原子核间的偶合导致谱图的复杂化(―精细裂分”)，灵敏度下降。 Fig. 4-2.4 Ethyl phenylacetate. (a) The proton-coupled 13C spectrum. (b) The proton-decoupled 13C spectrum

核磁共振(nmr)工作原理及基本操作

核磁共振(nmr)工作原理及基本操作
核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种基于原子核的物理现象，利用磁场和射频信号来研究物质的性质。本文将介绍核磁共振的工作原理和基本操作。
核磁共振的介绍
核磁共振是一种重要的分析技术，通过探测核自旋的能级差异，可以获取物质的结构和性质信息。
Hale Waihona Puke 核磁共振的基本原理核磁共振原理基于核自旋与磁场相互作用，核自旋在外磁场的作用下能够发生能级分裂，利用这种能级分裂可以获得丰富的物质信息。
核磁共振的仪器和设备
核磁共振仪器通常包括主磁场系统、射频系统、梯度场系统和控制系统等，这些设备共同工作，实现核磁共振的实验需求。
核磁共振的样品制备和操作
样品的制备和操作对核磁共振实验的结果有着重要影响，包括选择合适的溶剂、控制温度和快速混合等技巧。
核磁共振的常见应用
核磁共振广泛应用于有机化学、生物化学、药物学等领域，用于分析物质的结构、动力学行为、交互作用等。
核磁共振在生物医学中的应用
核磁共振在生物医学领域的应用十分广泛，用于生物分子的结构研究、疾病诊断和治疗监控等。
核磁共振实验的数据处理和解读
核磁共振实验的数据处理和解读是非常关键的一步，包括峰识别、峰积分、峰归属以及数据解释和分析等。

核磁共振原理nmr

核磁共振原理nmr
核磁共振原理（NMR）是一种基于核磁性原理的物理技术。

在NMR 中，样品置于强磁场中，并通过应用射频脉冲来激发样品中的核自旋。

由于核自旋具有一个量子态，因此它们可以响应外部磁场的变化。

这种响应表现为核磁共振信号，可以通过NMR仪器进行检测和分析。

在NMR中，样品中的核自旋一般被分为两类，即具有自旋量子数为1/2或整数的核自旋。

在强磁场下，这些核自旋会进入其能量最低的朝向。

在这种状态下，它们可以从一个方向转到另一个方向，通过吸收或发射能量的方式。

这种行为与外部磁场的强度和方向有关。

因此，通过测量核磁共振信号的方式，可以获得关于样品中核自旋的信息。

NMR技术在化学、物理学、生物学、医学等领域都有广泛应用。

例如，在化学中，NMR技术可以用于确定分子结构和化学组成，以及研究反应动力学。

在生物学和医学中，NMR技术可以用于研究蛋白质、核酸、生物大分子等的结构和功能，并且可以用于诊断和治疗某些疾病。

- 1 -。

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（2）自旋—自旋驰豫（spin-spin relaxation）：自旋— 自旋驰豫亦称横向驰豫，一些高能态的自旋核把能量转移给同类的低能态核，同时一些低能态的核获得能量跃迁到高能态，因而各种取向的核的总数并没有改变，全体核的总能量也不改变。自旋—自旋驰豫时间用T2来表示，对于固体样品或粘稠液体，核之间的相对位置较固定，利于核间能量传递转移，T2约10−3s。而非粘稠液体样品，T2约1s。
在化学领域中的应用
１结构的测定和确证，有时还可以测定构想和构型；２化合物的纯度的检查，它的灵敏度很高，能够检测出用层析和纸层析检查不出来的杂质；３混合物的分析，如果主要信号不重叠，不需要分离就能测定出混合物的比率；４质子交换，单键的旋转和环的转化等。
5.2 核磁共振基本原理
5.2.1 原子核的磁矩原子核是带正电荷的粒子，和电子一样有自旋现象，因而具有自旋角动量以及相应的自旋量子数。由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会产生核磁矩。核磁矩和角动量都是矢量，它们的方向相互平行，且磁矩与角动量成正比，即 μ=γp ( 5.1 ) 式中：γ为旋磁比（magnetogyricratio）,rad· T−1· s−1，即核磁矩与核的自旋角动量的比值，不同的核具有不同旋磁比，它是磁核的一个特征值；μ为磁矩，用核磁子表示，1核磁子单位等于5.05×10−27J· T−1；
p为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表示p 为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表
h p I（I 1） 2
( 5.2 )
式中：h为普郎克常数（6.63×10−34J· s）；−I为自旋量子数，与原子的质量数及原子序数有关。式中： h为普郎克常数（6.63×10−34J· s）；−I为自旋量子数，与原子的质量数及原子序数有关。
驰豫过程可分为两种：自旋—晶格驰豫和自旋— 自旋驰豫
（1）自旋—晶格驰豫（spin-lattice relaxation）：自旋—晶格驰豫也称为纵向驰豫，是处于高能态的核自旋体系与其周围的环境之间的能量交换过程。当一些核由高能态回到低能态时，其能量转移到周围的粒子中去，对固体样品，则传给晶格，如果是液体样品，则传给周围的分子或溶剂。自旋—晶格驰豫的结果使高能态的核数减少，低能态的核数增加，全体核的总能量下降。一个体系通过自旋—晶格驰豫过程达到热平衡状态所需时间，通常用半衰期T1表示，T1是处于高能态核寿命的一个量度。T1越小，表明驰豫过程的效率越高，T1越大，则效率越低，容易达到饱和。T1的大小与核的种类，样品的状态，温度有关。固体样品的振动、转动频率较小，不能有效地产生纵向驰豫，T1较长，可以达到几小时。对于气体或液体样品，T1一般只有 10−4~102s。
v射
γ v回 B0 2
(5.8)
可见射频频率与磁场强度B0是成正比的，在进行核磁共振实验时，所用磁场强度越高，发生核磁共振所需的射频频率越高。
5.2.5 核的自旋弛豫
前面讨论的是单个自旋核在磁场中的行为，而实际测定中，观察到的是大量自旋核组成的体系。一组1H核在磁场作用下能级被一分为二，如果这些核平均分布在高低能态，也就是说，由低能态吸收能量跃迁到高能态和高能态释放出能量回到低能态的速度相等时，就不会有静吸收，也测不出核磁共振信号。但事实上，在热力学温度0K时，全部1H核都处于低能态（取顺磁方向），而在常温下，由于热运动使一部分的1H核处于高能态（取反磁方向），在一定温度下处于高低能态的核数会达到一个热平衡。处于低能态的核和处于高能态的核的分布，可由玻尔兹曼分配定律算出。例如 B0=1.4092T , T=300K时，则:
图5.2 H核在磁场中的行为
应当注意，每个自旋取向将分别代表原子核的某个特定的能量状态，并可用磁量子数（m）来表示，它是不连续的量子化能级。m取值可由－I……0……＋I决定。例如：I=1/2，则m= −1/2，0，＋ 1/2；I=1，则m = －1，0，＋1。在上图中，当自旋取向与外加磁场一致时（m =＋1/2），氢核处于一种低能级状态（E=－μB0）；相反时（m=－1/2），氢核处于一种高能级状态（E=＋μB0）两种取向间的能级差，可用ΔE 来表示： ΔE = E2－E1 =＋μB0－(－μB0) = 2μB0 (5.3) 式中：μ为氢核磁矩；B0为外加磁场强度上式表明：氢核由低能级E1向高能级E2跃迁时需要的能量ΔE与外加磁场强度B0及氢核磁矩μ成正比
偶数
奇数
1,2,3
有
当I=0时，p=0，原子核没有磁矩，没有自旋现象；当I＞0时，p≠ 0，原子核磁矩不为零，有自旋现象。 I=1/2的原子核在自旋过程中核外电子云呈均匀的球型分布，见图5.1（b）核磁共振谱线较窄，最适宜核磁共振检测，是NMR主要的研究对象。I＞1/2的原子核，自旋过程中电荷在核表面非均匀分布
5.3 核磁共振波谱仪与实验方法
5.3.1 仪器原理及组成我们知道，实现NMR即满足核跃迁的条件是： △E（核跃迁能）= △E，（辐射能）即 2μB0 = h v
实现核磁共振的方法，只有以下两种：（1）B0不变，改变v 方法是将样品置于强度固定的外加磁场中，并逐步改变照射用电磁辐射的频率，直至引起共振为止，这种方法叫扫频（frequency sweep）。（2）v不变，改变B0 方法是将样品用固定电磁辐射进行照射，并缓缓改变外加磁场的强度，达到引起共振为止。这种方法叫扫场（field sweep）。
图5.3 能级裂分与外加磁场强度的关系
同理，I=1/2的不同原子核，因磁矩不同，即使在同一外加磁场强度下，发生核跃迁时需要的能量也是不同的。例如氟核磁矩（μF）＜（μH），故在同一外加磁场强度下发生核跃迁时，氢核需要的能量将高于氟核
5.2.3 核的回旋
当原子核的核磁矩处于外加磁场B0 中，由于核自身的旋转，而外加磁场又力求它取向于磁场方向，在这两种力的作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方向进行回旋，这种运动称为Larmor进动。
图5.1 原子核的自旋形状
有机化合物的基本元素13C、1H、15N、19F、31P 等都有核磁共振信号，且自旋量子数均为1/2，核磁共振信号相对简单，已广泛用于有机化合物的结构测定然而，核磁共振信号的强弱是与被测磁性核的天然丰度和旋磁比的立方成正比的，如1H的天然丰度为 99.985%，19F和31P的丰度均为100%，因此，它们的共振信号较强，容易测定，而13C的天然丰度只有 1.1%，很有用的15N和17O核的丰度也在1%以下，它们的共振信号都很弱，必须在傅里叶变换核磁共振波谱仪上经过多次扫描才能得到有用的信息。
自旋—自旋驰豫虽然与体系保持共振条件无关，但却影响谱线的宽度。核磁共振谱线宽度与核在激发状态的寿命成反比。对于固体样品来说，T1很长，T2却很短， T2起着控制和支配作用，所以谱线很宽。而在非粘稠液体样品中，T1和T2一般为1s左右。所以要得到高分辨的NMR谱图，通常把固体样品配成溶液进行测定。
自旋量子数与原子的质量数及原子序数的关系见表：质Biblioteka 数A偶数奇数31P
原子序数Z
偶数奇或偶数
自旋量子数 INMR信号
0 ½ 无有
12C 6
原子核
16O 32S 8 16 1H ，13C 1 6 19F ，15N ， 9 7
15
奇数
奇或偶数
3/2,5/2 …
有
17O ，33S 8 16 2H ，14N 1 7
由Larmor方程表明，自旋核的进动频率与外加磁场强度成正比。当外加磁场强度B0 增加时，核的回旋角速度增大，其回旋频率也增加。对1H核来说，当磁场强度B0为1.4092T(1T=104)高斯时，所产生的回旋频率v为60兆赫（γ =26. 753×107 rad· T−1· s−1）；B0 为2.3487T高斯时，所产生的回旋频率v为100兆赫。
5.2.2 自旋核在外加磁场中的取向数和能级
按照量子力学理论，自旋核在外加磁场中的自旋取向数不是任意的，可按下式计算：自旋取向数= 2I＋1 以H核为例，因I =1/2，故在外加磁场中，自旋取向数=2（1/2）＋1=2，即有两个且自旋相反的两个取向，其中一个取向磁矩与外加磁场B0一致；另一取向，磁矩与外加磁场B0相反。两种取向与外加磁场间的夹角经计算分别为54024'（θ1）及125036'（θ2）。见图5.2
N N
1/ 2 1/ 2
e
E / kT
e
hB 0 / 2 T
1.0000099
式中：N+ — 处于低能态核的数目； N—— 处于高能态核的数目； △E— 高低能态的能量差； K— 玻耳兹曼常数；
T—热力学温度。
对于氢核，处于低能态的核比高能态的核稍多一点，约百万分之十左右。也就是说，在1 000 000个氢核中，低能态的核仅比高能态的核多十个左右，而NMR信号就是靠这极弱量过剩的低能态氢核产生的。如果低能态的核吸收电磁波能量向高能态跃迁的过程连续下去，那么这极微量过剩的低能态氢核就会减少，吸收信号的强度也随之减弱。最后低能态与高能态的核数趋于相等，使吸收信号完全消失，这时发生“饱和”现象。但是，若较高能态的核能够及时回复到较低能态，就可以保持稳定信号。由于核磁共振中氢核发生共振时吸收的能量△E是很小的，因而跃迁到高能态的氢核不可能通过发射谱线的形式失去能量返回到低能态（如发射光谱那样），这种由高能态回复到低能态而不发射原来所吸收的能量的过程称为驰豫（relaxation）过程
通常，在实验条件下实现NMR多用2法。
核磁共振波谱仪主要由磁铁、射频振荡器、射频接收器等组成
（1）磁铁
可以是永久磁铁，也可以是电磁铁，前者稳定性好。磁场要求在足够大的范围内十分均匀。当磁场强度为1.409T时，其不均匀性应小于六千万分之一。这个要求很高，即使细心加工也极难达到。因此在磁铁上备有特殊的绕组，以抵消磁场的不均匀性。磁铁上还备有扫描线圈，可以连续改变磁场强度的百万分之十几。可在射频振荡器的频率固定时，改变磁场强度，进行扫描。由永久磁铁和电磁铁获得的磁场一般不能超过2.4T，这相应于氢核的共振频率为100MHz。对于200MHz以上高频谱仪采用超导磁体。由含铌合金丝缠绕的超导线圈完全浸泡在液氦中间，对超导线圈缓慢地通入电流，当超导线圈中的电流达到额定值（即产生额定的磁场强度时），使线圈的两接头闭合，只要液氦始终浸泡线圈，含铌合金在此温度下的超导性则使电流一直维持下去。使用超导磁体，可获得10~17.5T的磁场，其相应的氢核共振频率为400~750 MHz。