NMR

NMR

NMR（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

有关UV、IR、NMR、MS的应用

紫外线（简称UV），紫外线波长为：10-400 nm.。来自太阳辐射的一部分，它由紫外光谱区的三个不同波段组成，从短波的紫外线C到长波的紫外线A。

UV的应用:UV在生活中的应用非常广泛，例如 1，UV灭菌，这种方式效果好，没有第二次污染的情况，超强UV可以瞬间杀死水中的病毒，不像用化学试剂灭菌方式那样残留。主要用于医院、公共场所、幼儿园、敬老院等空间的消毒，这种方式慢慢在进入家庭日常生活，水处理等。2，UV的固化，UV胶水、UV油墨等在UV光照下，瞬间从液体变为固体，以达到固着、上色等效果。如手机上就很多应用，如：LCD的封口，听筒上音圈与音膜的粘接，手机外壳的喷涂等，光驱里激光头，电脑LCD硬盘磁头，还有最新的光通讯器件，UV打印机等。3，UV的检测，再防伪上，人们将特殊的图案用UV荧光物质成形，一般光照的情况下，是没有任何图像呈现，但在UV的照射下，就可以看到这种荧光的图案。主要应用于纸币，护照，火车票，医药包装，瓶盖等等。4，UV背景光，有些物质再UV光下比可见光下更加清晰，这个特性就可以去检测一些不通常情况下不容易发现的物质，比如工厂净化间内的灰尘检测，产品表面清洁度检查，公安侦查提取指纹等等。5，UV医疗，UV光不一定照到人体就是有害的，有些波段的UV再临床上还可以去除因患者的病毒，如白癜风，在涂完药物后，接受一些uv的照射，可以生成黑色素，达到治疗的效果。6，UV光催化，化学反应在不同的条件下会有不同的结果，人类发现了这个现象后，就想方设法的去让化学反应向人们想要的方向发展。这样科学家就会利用uv这个条件研究反应的方向，找到好的方向，解决人类面临的问题。如生物医药，UV保鲜技术，像日本的家电商推出的LED保鲜就是采用UV LED发出的uv对蔬菜进行处理保鲜。

利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分子结构相应的红外光谱图，从而来鉴别分子结构的方法，称为红外吸收光谱法。简称IR。红外射线（IR）或者单独成为红外线是指那些能量在电磁波频谱范围内，波长比可见光略长的，但又比无线电波波长短的射线。相应的，红外线的频率高于微波，但是低于可见光。

核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）：在外磁场作用下,具有自旋的原子核发生核自旋能级分裂，当吸收适当的电磁辐射（无线电波）后，核自旋能级发生跃迁。

1H-NMR谱给出的结构信息

1）质子类型及所处的化学环境－CH3、－CH2－、－CH－、＝CH2、≡CH、Ar－H、CHO、－OH…

2）氢分布情况

3）核间的关系

缺点1）无H的结构无法给出信号；2）对于长链的烷烃，H谱谱线多重叠。

13C-NMR谱给出的结构信息

2）碳的类型

1）含碳的个数

3）区分伯、仲、叔、季碳

C的数目与13C谱的峰面积不成比例

质量数 原子序数 自旋量子数I 有无自旋

偶 偶 0 无 12

6C,16

8O,32

16S

偶 奇 1 有 2

1H,14

7N

奇 奇 1/2 有 1

1H,19

9F,31

15P,15

7N

3/2 有 11

5B,79

35Br,35

17Cl

奇 偶 1/2 有 13

6C

3/2 有 33

16S

自旋量子数不为0的原子核为都有磁矩，核磁矩的方向服从右手法则

空间量子化：核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的现象

核自旋取向有2 I + 1个取向 顺磁场，能量低 逆磁场，能量高

进动（precession）：原子核在外磁场作用下，自旋轴绕回旋轴以一定夹角θ旋转

共振吸收的条件：υ0＝υ(射频频率vo和进动频率v相等)

跃迁选律：跃迁只能发生在两个相邻能级间

产生核磁共振条件：

(1) 核有自旋(磁性核)

(2)外磁场,能级裂分;

(3)照射频率等于进动频率

(4) Δm=±1 如：m=1, 0, -1

处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至高能态，这种现象叫做核磁共振现象。

实现核磁共振就是改变照射频率或磁场强度，一满足式(3)

自旋弛豫：激发到高能态的核通过非辐射途径释放其能量到周围环境中去,回到低能态的过程

自旋-晶格弛豫T1：又称纵向弛豫，处于高能态的核自旋体系将其能量传递给周围环境(晶格或溶剂)，自己回到低能态的过程。

核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）中的横坐标通常是化学位移（Chemical Shift）。化学位移是描述核磁共振谱中峰值位置的参数，用来表示化学物质中核磁共振信号与参比物质信号之间的相对偏移程度。

化学位移的值通常以δ（delta）表示，并以部分百万（ppm）为单位。具体说，化学位移的计算公式如下：

δ = (v - v_ref) / v_ref

其中，δ为化学位移，v为待测样品的共振频率，v_ref为参比物质的共振频率。参比物质通常是一种具有明确化学位移的标准物质，其共振频率在不同实验条件下相对稳定。

化学位移的数值与多种因素相关，包括分子环境、化学键类型、电子密度等。不同的化学官能团和原子类型通常具有特定范围的化学位移值，这使得化学位移成为NMR谱图解析中的重要信息。

需要注意的是，化学位移的数值对比仅在相同实验条件下具有意义，因此在NMR实验和数据解读中，通常需要参照相同仪器、溶剂和实验条件下的谱图或文献数据进行分析和比对。