第十六章核磁共振波谱法

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第十六章核磁共振波谱法2(中文 )

8.与标准光谱对照
（二）解析示例
例2. 一个含溴化合物分子式C4H7BrO2，
核磁共振氢谱如图15-17。由光谱解析确定
结构。已知:
δa 1.78（d）、δb 2.95 (d)、
δc4.43(sex)、 δd 10.70 (s)、；
Jac= 6.8Hz， Jbc= 6.7Hz。
图15-17 C4H7BrO2核磁共振谱
1 .0 0 .6
a峰为 c峰为
1 .6 0 .6 0 .5 0 .6
ห้องสมุดไป่ตู้
≈3H ≈1H
b峰为
≈2H
二、核磁共振氢谱的解析方法
（一）解析顺序
1．计算不饱和度 U
2．计算氢分布
3．解析孤立CH3峰
4．解析低场共振峰
5．计算Δυ/J Δv/J >10 Δv/J<10 6. 解析活泼氢H ( OH. -NH2. -NH……) 7.组合碎片（按n+1律解析）
的δ=2.95。所以，Br不可能与CH2直接
相连。
所以，结构应为Ⅱ。
例3 一个未知物的分子式为C9H13N。
δa1.22（d）、δb2.80（sep）、
δc3.44（s）、δd6.60(m，多重峰)
及δe7.03(m)。核磁共振谱如图15-18所示，
试确定结构式。
图14－18 C9H13N的1H-NMR图谱
1. 计算不饱和度
2 2 4 8 U 1 2
2. 氢分布
计算过程见例1
3. 由氢分布及化学位移推断
δa 1.78 (二重峰)
δb 2.95 (二重峰)
-CH-CH3
-CH-CH2-CO-OH
δc 4.43 (六重峰)

《核磁共振波谱法》PPT课件

采样间隔
扫描次数
选择适当的采样间隔，以确保谱图的准确性和分辨率。
增加扫描次数可以提高谱图的信噪比，但也会增加实验时间。因此，需要权衡信噪比和实验时间，选择适当的扫描次数。
定性分析与定量分析
定性分析
通过比较已知样品和未知样品的NMR谱图，确定未知样品的组成和结构。
定量分析
通过测量样品中不同组分的峰面积或峰高，计算各组分的含量。需要建立标准曲线或使用内标法进行定量分析。
样品稳定性
确保样品在NMR实验过程中保持稳定，避免由于化学变化导致谱图失真。
样品溶剂
选择适当的溶剂，以保证样品的溶解和稳定性，同时避免对
NMR谱图产生干扰。
实验参数的选择与优化
磁场强度
脉冲宽度
根据实验需求选择适当的磁场强度，以提高检测灵敏度和分辨率。
选择合适的脉冲宽度，以获得最佳的信号强度和分辨率。
《核磁共振波谱法》ppt课件
汇报人：可编辑 2024-01-11
目录
• 核磁共振波谱法概述 • 核磁共振波谱法的基本原理 • 核磁共振波谱仪 • 核磁共振波谱法的实验技术 • 核磁共振波谱法的应用实例
01
核磁共振波谱法概述
定义与原理
定义
核磁共振波谱法是一种利用核磁共振现象进行物质结构和动力学研究的分析方法。
化学位移是由于不同化学环境中的原子核受到不同程度的磁场扰动，导致其能级分裂的差异。
通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的化学环境，进而确定分子的结构。
耦合与裂分
当两个或多个相邻的原子核相互作用时，它们之间的能级会发生耦合，导致谱线裂分。
通过分析裂分的谱线，可以进一步解析分子内部的相互作用和结构信息。

一、单项选择题(在下列每小题备选答案中选出一个正确答….docx

X CH CHCH — CH CH2—C=CH 2DI ICH2 —CH2第十六章核磁共振波谱法一、单项选择题（类型说明：每一道试题下面有A 、B 、C 、D 四个备选答案, 一个最佳答案。

）在下面四个结构式中，哪个画有圈的质子有最大的屏蔽常数？9R —(p —CH 3H请从中选择2、3、 5、 CH 3—(p —CH 3H下列化合物屮，£具有最大化学位移值的是 A CH 3F B CH3CI C CH s Br D CH3I 下述原子核中，自旋量子数为零的是 A 19F B ,3C C 160D 'H在CH r CH 2- CH 3分子中，其亚甲基质子峰精细结构的强度比为哪一组数据 A 1 : 3 : 3 : 1 B 1 :4:6:6:4: 1 C 1 : 5 : 10 : 10 : 5 : 1 D 1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1C1CH 2- CH 2C1分子的核磁共振图在自旋一白旋分裂后，预计（）A 质子有6个精细结构 C 不存在峰的裂分一个化合物经元素分析， B D 含碳88.2%, 有2 有5 含氢能结构中的哪一个？个质子吸收峰个质子吸收峰 11.8%,其氢谱只有一个单峰。

它是下列可（）CH 2A CH 2^CY H 2XA ；LiB :C C 弓ND 13、将］H 放在外磁场中时，核自旋轴的取向数目为A 1 B2 C3 D5 14、核磁共振波谱法中乙烯，乙块，苯分子中质子化学位移值大小顺序是（）A 苯〉乙烯〉乙烘B 乙烘〉乙烯 > 苯C 乙烯 > 苯 > 乙烘D 三者相等 15、用核磁共振波谱法测定有机物结构，试样应是（）A 单质B 纯物质C 混合物D 任何试样16、在下列化合物屮，核磁共振波谱,OH 基团的质子化学位移值最大的是（不考虑氢键彫响）（）17、对乙烯与乙烘的核磁共振波谱，质子化学位移（/）值分别为5.8与2.&乙烘质子峰化学位移值小的原因是（）A 诱导效应B 自旋一自旋偶合C 磁各向异性效应D 共辘效应18、某化合物分子式为C IO H|4,〔HNMR 谱图如下：有两个单峰a 峰决7.2,b 峰决1.3,峰面积之比:a:b=5:9试问结构式为（）19、下列化合物的1HNMR 谱，各组峰全是单峰的是( )A CH3-OOC-CH2CH3B (CH 3)2CH-O-CH(CH 3)2C CH3-OOC-CH7-COO-CH3D CH3CH2-OOC-CH7CH9-COO-CH2CH3 ,1HNMR 谱其各组峰而积Z 比（由高场至低场）是（）A3:l B 2:3:3 C 3:2:3 D 3:3:221、核磁共振波谱法，从广义上说也是吸收光谱法的一种，但它同通常的吸收光谱法（如紫外、可见和红外吸收光谱）不同之处在于（）A 必须有一定频率的电磁辐射照射B 试样放在强磁场中C 有信号检测仪D 有记录仪22、对核磁共振波谱法，绕核电子云密度增加，核所感受到的外磁场强度会（）A 没变化B 增加C 减小D 稍有增加23、核磁共振波谱的产生，是将试样在磁场作用下，用适宜频率的电磁辐射照射，使下列哪种粒子吸收能量，产生能级跃迁而引起的（） A 原子 B 有磁性的原子核 C 有磁性的原子核外电子D 所有原子核24、核磁共振的弛豫过程是（）A 自旋核加热过程B 自旋核由低能态向高能态的跃迁过程C自旋核由高能态返回低能态，多余能量以电磁辐射形式发射出去H - HICIHI 一HICIH I -HICIHH烷丙o 2D髙能态自旋核将多余能量以无辐射途径释放而返回低能态25、核磁共振波谱的产生，是由于在强磁场作用下，由下列之一产生能级分裂，吸收一定频率电磁辐射，由低能级跃迁至高能级（）A具有磁性的原子核B具有磁性的原子C具有磁性的原子核外电子D具有磁性的原子核内电子26、自旋量子数匸1/2将其放在外磁场屮有儿种取向（能态）（）A2 B4 C6 D827、将；3（其自旋量子数/=3/2）放在外磁场中，它有几个能态（）A2 B4 C6 D828、某一个白旋核，产生核磁共振现象时，吸收电磁辐射的频率大小取决于（）A试样的纯度B在自然界的丰度C试样的存在状态D外磁场强度大小29、自旋核在外磁场作用下，产生能级分裂，其相邻两能级能量之差为（）A固定不变B随外磁场强度变大而变大C随照射电磁辐射频率加大而变大D任意变化30、化合物C3H5CI3, 1HNMR谱图上有3组峰的结构式是（）A CH3-CH2-CCI3B CH3-CC12-CH2C1C CH2C1-CH2-CHC12D CH2C1-CH2-CH2C131、化合物C3H5CI3, 1HNMR谱图上有两个单峰的结构式是（）A CH3-CH2-CCI3B CH3-CCI2-CH2CIC CH2CI-CH2-CHCI2D CH2C1-CHC1-CH2C132、某化合物的1HNMR谱图上，出现两个单峰，峰面积Z比（从高场至低场）为3:1是下列结构式中（）A CH3CHBr2B CH2Br-CH2BrC CHBr2-CH2BrD CH2Br-CBr（CH3）233、化合物（CH3）2CHCH2CH（CH3）2,在】HNMR谱图上，从高场至低场峰面积之比为（）A6:l:2:l:6 B 2:6:2 C 6:1:1 D 6:6:2:234、化合物C1-CH2-CH2-C11HNMR 谱图上为（）A1个单峰B1个三重峰C 2个二重峰D 2个三重峰35、某化合物C1-CH2-CH2-CH2-C11HNMR 谱图上为（）A1个单峰B3个单峰C2组峰：1个为单峰，1个为二重峰D 2组峰：1个为三重峰，1个为五重峰36、在下列化合物屮，用字母标出的亚甲基和次甲基质子的化学位移值从大到小的顺序是（）CH3CH2CH3 CH3CH（CH3）2 CH3CH2CI CH3CH2Br（a）（b）（c）（d）Aa b c d B a b d c C c d a b D c d b a37、在下列化合物中，用字母标出的4种质子的化学位移值（刃最大的是（）Ad Be Cb Da0 II c —HA aB bC cD d 39、化合物CH3CH2OCOCOCH2CH3的iHNMR 谱的特点是( ) A4个单峰 B2个单峰 C 2个三重峰,2个四重峰 D 1个三重峰，1个四重峰 40、化合物CH 3COCH 2COOCH 2CH 3的1HNMR 谱的特点是 ( ) A 4个单峰B 3个单峰，1个三重峰C 2个单峰 D 2个单峰，1个三重峰和1个四重峰41、外磁场强度增大吋，质子从低能级跃迁至高能级所需的能量( ) A 变大 B 变小 C 逐渐变小 D 不变化 42、自旋核的磁旋比Y 随外磁场强度变大而( ) A 变大 B 变小 C 稍改变 D 不改变43、核磁共振波谱法中，化学位移的产生的原因是( ) A 核外电子云的屏蔽作用B 自旋耦合C 自旋裂分D 弛豫过程44、 NMR 法中，自旋耦合是通过下列哪种情况起作用的() A 通过自由空间产生的 B 通过成键电子传递的C 磁各向异性效应D 共辘效应45、氢键的形成使质子的化学位移值§ 46、CH3CH2OH 中,a 、b 质子的裂分数及强度比分别是(a) (b)A a:五重峰,强度比为1:4:6:4:1B a:三重峰，强度比为1:2:1C a:二重峰，强度比为1:1D a:单峰，强度为1 47、化合物CHC12CH 2CCI3在1HNMR 谱图上出现的数据是 (b)(a)A 2组单峰B 2组峰:a 三重峰，高场;b 三重峰，较低场C 3组单峰D 2组峰:a 二重峰，高场;b 三重峰，较低场48、化合物(CH 3)3CCH 2CH(CH 3)2有几种类型的质子A 7B 6C 5D 4 49、化合物CH3CH2CH2CH2CH3，有几种化学等价的质子 A 5 B 4 C 3 D 12 50、耦合常数因外磁场的变大而() A 变大 B 变小 C 略变大 D 不改变 51、核磁矩的产生是由于() A 核外电子绕核运动B 原子核的自旋C 外磁场的作用D 核外电子云的屏蔽作用 52、测定某化合物的谱，可以采用的溶剂是()A 苯B 水C 四氯化碳D 三氯甲烷53、下列是原子质量数与原子序数的几种组合，使原子核的自旋角动量为零的组合是() A 偶数，偶数 B 奇数，偶数 C 偶数，奇数 D奇数，奇数A 变大B 变小C 变大或变小D 不改变b:四重峰，强度比为1:3:3:1 b:四重峰，强度比为1:3:3:1 b:三重峰，强度比为1:2:1 b:单峰，强度为1)() ()() ()54、当核从低能级跃至髙能级时，核的自旋状态是由（）A 顺磁场到反磁场方向B 反磁场到顺磁场方向C 一半顺磁场，一半反磁场D 自旋状态不改变55、把寻Mg （HQ ）放在外磁场中，对于外磁场，该核可能具有的不同能态是（）A3 B4 C5 D656、三个质子在共振时，所需的外磁场强度B o 的大小次序为B 0（A ）＞ B 0（B ）＞ B 0（c ）相对于TMS,该三个质子的化学位移的次序为（）A 氐＞鸟＞&B 心＞比＞办C 比＞心＞氐 D57、当质子和参比质子的屏蔽常数的差值增加时，化学位移值将（） A 不变 B 减小 C 增加 D 不确定58、当质子共振所需的外磁场B （）增加时，刃直将（）A 增加B 减小C 不变D 先增加后减小59、使用60.0MHz 的仪器，TMS 吸收和化合物中某质子之间的频率差为180Hz 。

核磁共振波谱法.ppt

(T 1 s1 T )
100 MHz
背景知识：磁感应强度，单位：特斯拉 T
永磁铁：0.4-0.7 T
F
变压器铁芯：0.8-1.4 T
H 超导强电流:几十 T
0
l I 地面：0.510-4 T
09:12:44
共振条件讨论：

2
H0
（1）对于同一种核，磁旋比为定值， H0变，射频频率
(2) I=1 或正整数的原子核: 2H1，14N7 这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均
匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3) I = 1/2: I = 3/2： I = 5/2：
09:12:44
1H1，13C6，19F9，31P15 11B5，35Cl17，79Br35， 17O8，127I
E
zH0
m
h
2
H0
09:12:44
1H :
E1

1
2
h
2
H0,
E 1

1
2
h
2
H0
2
2
E

h
2
H0
由能级分裂现象说明，高场强仪器比低场强仪器测得的核磁共振信号清晰。
09:12:44
回旋轴
（二）原子核的共振吸收
1、原子核的进动
当带正电荷的、且具有自旋量子数的
核绕自旋轴旋转时则会产生磁场，当
这个自旋核置于外磁场中时，该核的
自旋磁场与外加磁场相互作用，将会
产生回旋（摇头旋转），这种回旋称
为进动。进动频率与外加磁场关
系可用表示：
Larmor

核磁共振波谱法演示文稿

弛豫过程
处于低能级的核数N
L与处于高能级的核数N
稍多一点
H
设外磁场感应强度B0＝1.4092T，温度300K，
hB0
则 NL ＝eE kT e 2 NH
kT＝1.0000096
核磁共振信号就是靠这些稍微过量的低能态核跃迁而产生。
饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。
要工具：有机化学、生物化学、药物化学、物理学、临床医学以及工业部门。
8.2 基本原理原子核的自旋
原子核绕某个轴作自旋运动时
产生的量子化的角动量P h I I 1
2
由于原子核是带正电粒子，自旋会产生磁场，
具有磁矩＝ P＝ h I I 1
2 为磁旋比，是原子核的基本特征属性。
只有I 0的磁性核才产生磁矩。
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
核磁共振：采用横向外加适当能量的射频场B1，仪适当频率的电磁波照射核时可发生能级间的跃迁。
满足条件：
m
1；；h1
h
2பைடு நூலகம்
B0；；1
2
B0
不同的原子核，由于γ不同，在同一磁场中发生共振时的
频率不同：鉴别元素或同位素；同一种核，磁感应强度改变，共振频率改变。
匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
一核（具有角动量P、磁矩）放于磁感应强度为B0的恒磁场中，
且磁力线沿z轴方向时, 原子核自旋角动量在磁场方向的量子化
分量Pz
m
h
2
,m
I,(I
1), ; ; ; I
m是核自旋角动量在磁场方向的量子数，即磁量子数.

核磁共振波谱法讲义课件

环境科学中的应用
总结词
核磁共振波谱法在环境科学中也有重要的应用。
详细描述
核磁共振波谱法可用于研究环境中的污染物和天然有机物。通过测量水中、土壤中、大气中有机污染物的核磁共振信号，核磁共振波谱法能够提供关于污染物的种类、浓度和分布的信息。此外，核磁共振波谱法还可用于研究天然有机物（如腐殖质）的组成和降
多维核磁共振技术
多维核磁共振技术是一种通过使用多个频率和磁场分量来解析核磁共振信号的技术
。
通过多维核磁共振技术，可以获得更丰富的化学位移信息和耦合常数信息，从而更
好地解析分子结构。
多维核磁共振技术被广泛应用于有机化学、材料科学等领域，对于研究有机分子结构、材料组成等具有重要意义。
06 核磁共振波谱法实验操作演示
药物代谢与动力学研究
总结词
核磁共振波谱法在药物代谢与动力学研究中具有广泛的应用。
VS
详细描述
核磁共振波谱法可用于研究药物在体内的代谢过程和动力学行为，进而揭示药物的作用机制和药效。通过测量药物分子在不同时间点的代谢产物和浓度，核磁共振波谱法能够提供关于药物吸收、分布、代谢和排泄的重要信息，有助于新药开发和优化治疗方案。
耦合常数
测量相邻原子核间自旋作用的强度和方向，揭示分子结构中的空间构型和相互作用。
04 核磁共振波谱法的实验技术应用
CHAPTER
有机化合物的结构鉴定
要点一
总结词
核磁共振波谱法是一种常用的实验技术，可用于有机化合物的结构鉴定。
要点二
详细描述
核磁共振波谱法是一种基于核自旋磁矩的实验技术，通过测量原子核在磁场中的共振频率来确定分子的结构。在有机化合物的结构鉴定中，核磁共振波谱法可用于确定分子中各原子的连接方式和化学环境，进而推断出分子的三维结构。常见的核磁共振波谱法包括一维和二维核磁共振谱，其中二维核磁共振谱能够提供更丰富的结构信息。

第十六章核磁共振波普法

磁铁的作用磁铁的种类
产生一个外加磁场永久磁铁、电磁铁和超导磁铁三种
永久磁铁（2.35T）最高频率100MHz 优点：场强稳定，耗电少缺点：对温度变化敏感，需长时间才达到稳定。
电磁铁（2.35T）→ 优点：对温度不敏感，很快达到稳定缺点：功耗大，需冷却。
超导磁铁优点：可达到很高的磁场强度缺点：运行需消耗液氮和液氦，维护费用较高。
核
天然丰度 /(%)
自旋量子数I
1H 99.98
1/2
2H 0.015
1
12C
98.9
0
13C 1.108
1/2
14N 99.35
1
15N 0.365
1/2
16O 99.76
0
17O 0.0039
5/2
19F
100
1/2
31P
100
1/2
磁矩μ/β
2.7927 0.8574
0 0.7023 0.4037 -0.2830
B有效 B0 B B B0
B有效 B0 B B0 B0 B0 1
σ为屏蔽常数表征核外电子云产生感应磁场对抗外加磁场的能力。
33
1、1H核核外电子云密度越大，σ越大，则对抗外加磁场的能力越大。 2、σ与化学环境有关，化学环境主要是指1H核核外电子以及该1H核周围相近的其它核核外电子的运动情况。
化学位移大小的表示采用相对值表示（相对于标准（参考））。
测定化学位移的参考标准化合物一般用四甲基硅烷(TMS)。
CH3
H3C Si CH3
CH3
36
采用四甲基硅烷(TMS)为标准的优点：
●在NMR1H谱中只有一个尖峰。 ●分子中氢核周围的电子云密度很大，一般其它化合物的 1H峰都出现在TMS峰的左侧，便于谱图解析； ●TMS是化学惰性物质，易溶于大多数有机溶剂中，且沸点低(27℃ )，易用蒸馏法从样品中除去。

现代仪器分析——核磁共振波谱法ppt课件

• 相当于光谱仪器中的检测器。
探头
• 样品管座发射线圈接收线圈预放大器变温元件
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11
扫描单元
• 用于控制扫描速度、扫描范围等参数； • 一般为扫场模式。在一定范围内，通过扫描线圈
在外磁场上附加一个连续作微小变化的小磁场，依次使不同共振位置的自旋核共振。射频接收器会检测到信号的损失并放大记录下来。 • 连续波共振仪为单通道式共振仪，为得到较好的谱图，许多次扫描累加，费时。
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8
主要部件
磁铁：提供稳定均匀的外磁场
• 永久磁铁：<25kG，100MHz • 电磁铁：<25kG，100Mhz • 超导磁铁：可达100kG以上，>200MHz
– 铌－钛超导材料线圈，置于双层液氦杜瓦瓶 (外层装液氮)，逐步加上电流，达到要求后撤去电源。
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9
射频发射器
• 偶合是短程的
– 相互裂分的氢核间只能间隔两到三个化学键；
• 峰裂分的n + 1规律
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17
五、应用
未知化合物1H NMR谱图的解析
解析步骤: ① 根据分子式计算不饱和度； ② 测量积分曲线每一个台阶的高度，折算成整数比，然后折算成每组峰所对应的氢原子数； ③ 根据化学位移值、质子数目及峰裂分情况推测结构单元； ④ 计算剩余的结构单元的不饱和度； ⑤ 组合结构单元成为可能的结构式； ⑥ 对所有可能结构进行指认,排除比可能的结构； ⑦ 借助其它仪器分析法进行进一步确认。
CH3CH2I
CH2I
-CH3
TMS
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0

仪器分析-核磁共振波谱法ppt课件

一般过程是：样品置于样品管中，并插入磁场中，样品管以一定的速度旋转，经波谱仪扫描后，接收器获得核磁共振信号，经一系列检波、放大后，显示在示波器和记录仪上，得到核磁共振谱。一张核磁共振谱图一般都经过N次（100次左右）重复扫描，在计算机中累加得到，这样可以提高信噪比。优点：价格较低，稳定易操作，适合化学工作者例行分析。
γ B0
ν共振= 2π (1-σ ) ⑨ 由上式可知，同种原子核（ 1H核）由于所处的化学环境不同，亦即受到核外电子屏蔽作用不同,其共振频率各不相同，共振吸收峰将分别出现在NMR谱的不同频率区域

或不同磁场强度区域，此即为化学位移。若固定照射频率进行扫场，则σ 大的1H核出现在高磁场处，σ 小的1H核出现在低磁场处。据此，我们可以进行氢核结构类型的鉴定（即有机化合物结构鉴定）。 2.化学位移的表示方法尽管同一分子中不同类型的1H核，共振频率各有差异，但差异不大，相对于B0或ν0 来说，仅为百万分之十左右，对其绝对值的测量难以达到所需要的精度。

ห้องสมุดไป่ตู้
标准物质TMS的特点：TMS即四甲基硅烷（Tetramethyl Silane） ① TMS中12个氢化学环境相同，在NMR谱中只给出一个尖锐的单峰，易辨认。 ② TMS与一般有机物相比，氢核外围的电子屏蔽作用较大，共振吸收峰位于高场端。一般有机物的1H谱或13C谱峰大都出现在 TMS峰的左边。 ③ TMS化学性质稳定，沸点低，便于回收 ④ 在1H谱或13C谱中都规定δ TMS=0。

故实际工作中是采用测定相对值来表示，即以某标准物质的共振峰为原点，测定样品中各质子共振峰与原点的相对距离，这种相对距离就称为化学位移(chemical shift)。 IUPAC建议，化学位移一律采用位移常数δ 值表示：

核磁共振波谱法

在外磁场作用下，氢核外运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场，起到屏蔽作用，使氢核实际受到的外磁场作用减小：
H =（1-σ）H0
σ：屏蔽常数，与质子所处的化学环境有关；核外电子云密度越大，σ越大，表明受到的屏蔽效应越大。
2、化学位移

( 1 ) H0
I h
I h H0 ( 1 )
CH3CH2I
TMS
-CH2I
-CH3
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0
δ /ppm
H
O H
-OH
TMS -CH2
H C C H H H
射频辐射→原子核(强磁场下能级分裂) →吸收→能级跃迁→NMR
测定有机化合物的结构，1H NMR─氢原子的位置、环境以及官能团和C骨架上的H原子相对数目）
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自旋能级对射频辐射的吸收。
• 共同点都是吸收光谱紫外-可见红外核磁共振
m=I , I-1 ,I-2,….-I
2I=1个取向
右手定则
对于具有I、m的核量子化能级的能量为：
m E H0 I
H0：外加磁场强度(G-高斯); β：核磁子(5.049×10-31J.G-1); μ：以β为单位的磁旋比.
对于具有I=1/2 m=+1/2、-1/2的核:
H0 μZ m=+1/2 μ E=+μβH0
三、核磁共振波谱
1、核磁共振波谱
CH3CH2I -CH2I
-CH3 TMS
8.0

核磁共振波谱法

Em2hB0 外磁场强度
※ 原本只有一个自旋方向（一个能量状态）的核在外磁场中共有 2I+1个取向（ 2I+1个能量状态），即自旋核原本简并的核能级在外磁场作用下发生了裂分，产生了2I+1个核磁能级
——产生了塞曼效应
二、核磁矩的空间取向与核磁能级
例如：氢核
I=1/2 在外磁场中有两种取向
（1）一种取向与外磁场平行，磁量子数m = +1/2，能量低
§12-1 核磁共振基本原理
一、原子核的自旋与磁矩普朗克常数
1、核的自旋角动量： I(I1) h 2
（1）I = 0, ½, 1, 3/2等自旋量子数
（2）I 的取值与原子核的质量和原子序数的奇偶有关
（3）I 的取值规律
质量数偶数偶数原子序数偶数源自奇数自旋量子数（I）例如
0
12C,16O
＝ p
磁旋比原子核的特征参数，
不同的核具有不同的
一、原子核的自旋与磁矩
3、磁性核与非磁性核 ◆ I=0，p=0，即核的自旋角动量和核磁矩为0，
核无自旋，在磁场中不能产生能级的裂分，无核磁共振吸收，称为无磁性核
自旋量子数等于零的核为无磁性核
◆ I≠0，p≠0，核有自旋，能产生核磁共振吸收，称为磁性核自旋量子数不为零的核为磁性核
一、化学位移的产生
理想的、裸露的核满足共振条件：
共振
B0
2
即化合物中所有的
氢只有一个单峰！
为什么甲醇中的H会出现两条谱带而不是单峰？？
1、化学位移的概念
在一定入射频率下，相同的磁性核因在分子中的化学环境不同而在不同磁场强度下显示吸收峰的现象称为化学位移
一个磁性核的化学位移是由其周围的电子环境决定的

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以满足
0
2
H0 条件。
三、核自旋驰豫
核自旋能级分布
1H核在磁场作用下,被分裂为m=+1/2和m=1/2两个能级,处在低能态核和处于高能态核的分布服从波尔兹曼分布定律：
n()
E
h
hH0
e kTe kTe 2kT
n()
当H0 = 1.409 T（相当于60MHz的射频）温度为300K时,高能态和低能态的1H核数之比为:
0
2
H0
当v0 =v时，照射的电磁波就与核磁矩发生作用，使处于低能级的核吸收电磁波的能量跃迁到高能级，核磁矩对H0的取向发生倒转。这种现象叫做核磁共振。
共振频率v为
2
H0
△m=±1 :
跃迁只能发生在两个相邻的能级之间
磁性核放到磁场中，处于低能态的核将吸收射频能量而跃迁至
高能态，由于v0 =s382.1608213J08TK11s3101.K 400T9
n(1)
2 = 0.99999
处于低能级的核数比高能态核数多十万分之一，而 NMR信号就是靠这极弱过量的低能态核净吸收产生的
据波尔兹曼定律,提高外磁场强度,降低工作温度,可减少 n(-1/2) / n(+1/2)值, 提高观察NMR信号的灵敏度
空间量子化：核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，受外磁场力矩的作用进行不同的定向排列，是量子化的，这种现象称为空间量子化。
h
Pz为自旋角动量在Z轴上的分量
PZ
m
2
核磁矩在磁场方向上的分量
Z
m h 2
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
EμZH0m2h H0
氢核1H自旋量子数I=1/2 ，在外磁场中有2个自旋取向（两个能级）：
如果高能态的核不能通过有效途径释放能量回到低能态，低能态核总数就会越来越少，一定时间后，高低能态的核数相等，这时不会再有射频吸
二、核磁共振的产生
(一) 核自旋能级分裂
1. 无外磁场时：自旋核产生的核磁矩的取向是任意的。 2. 外加磁场时：把自旋核放在场强为H0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：
m=I, I-1, I-2, ……-I
每种取向代表不同的能量。
称为共振吸收，又称核磁共振。
跃迁结果，核磁矩由顺磁场(m=1/2)跃迁至逆磁场(m=1/2 )。
根据核磁共振原理，某个核的磁共振条件必需具备下述三点：
核具有自旋，即为磁性核。 △m=±1 ：跃迁只能发生在两个相邻的能级之间
照射频率必须等于核的进动频率，即满足 0
实现核磁共振就是改变照射频率或磁场强度，
2．核磁矩（μ）
核的自旋角动量 P是量子化的,与核的自旋量子数 I 的关系如下:
P 2 h I(I 1 )
I可0 ，以 1 ， 1 ， 3 ， 2 为 22
=P
为磁旋比，是原子核的特征常数。
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。
新方法、新技术如二维核磁共振谱(2D-NMR) 等不断涌现和完善，使NMR波谱在化学、医药、生物学和物理化学等领域应用愈为广泛。
第二节核磁共振基本原理
一、原子核的自旋
1.自旋分类原子核具有质量并带正电荷，大多数核有自旋现象，在
自旋时产生磁矩，磁矩的方向可用右手螺旋定则确定，核磁矩和核自旋角动量P都是矢量，方向相互平行。核自旋特征用自旋量子数I来描述,核自旋按I为零、半整数及整数分为三种类型:
低能级E1向高能级E2跃迁，所需能量为:
△m=±1
△E=E2－E1=
h 2 H 0
△E与核磁矩（或磁旋比）及外磁场强度成正
比，H0越大，能级分裂越大，△E越大。
（二）原子核的共振吸收
1. 原子核的进动如果在磁场中的氢核的磁矩
方向与外磁场成一定的角度时，则在外加磁场的影响下，核磁矩将围绕外磁场进行拉莫尔进动。进动频率ν与外加磁场强度H0的关系可用Larmor方程表示：
第十六章核磁共振波谱法
(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)
第一节概述
在外磁场作用下，用波长很长的电磁波 10cm～100m无线电频率区域的电磁波照射分子，可引起分子中某种原子核的自旋能级跃迁，吸收一定频率的射频，此即核磁共振（NMR）。
处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。
利用核磁共振光谱进行进行结构(包括构型和构象)测定、定性及定量分析的方法称为核磁共振波谱法。简称 NMR。
在有机化合物中，经常研究的是1H和13C的共振吸收谱，重点介绍1H核共振的原理及应用。
核磁共振波谱的分类：
按原子核种类分为1H、13C、15N、31P等。氢核磁共振谱 (氢谱，1H-NMR，质子核磁共振
质量数（a）原子序数（Z）自旋量子数（I）
例子
偶数奇数
偶数
偶数奇或偶
奇数
0
1 , 3 , 5 222
1，2，3……
12C6 ,16O8 ,32S16
I
1 2
,1H1
,
13C6 ,19F9 ,15N 7
I
3 2
,11B5
,
35Cl17
,
I
5 2
,17
O8
I 1,2H1 ,14N 7 , I 3,10B5
2
H0
对于同一种核，磁旋比为定值，H0逐渐增加，进动频率也
逐渐增加。
不同原子核，磁旋比不同，进动频率不同。
2.共振吸收条件
核有自旋(磁性核)
v0 = v: 照射频率等于核进动频率
吸收的电磁波能量E等于ΔE，即： E = hv0 =ΔE
代入式 E = E2 - E1 =
h 2
H 0 得：
(1)磁量子数ｍ＝＋1/2;与外磁场平行，能量低，稳定 (2)磁量子数ｍ＝－1/2;与外磁场相反，能量高，不稳定
当m=－1/2时，E2= －
(
1) 2
h 2
H0
当m= +1/2时， E1 =－
1 h 2 2 H0
能级分裂
I=1/2的核自旋能级裂分与H0的关系
由式 E = －ZH0及图可知1H核在磁场中，由
谱 )，主要提供三方面信息：①质子类型及其化学环境；②氢分布；③核间关系。碳—13核磁共振谱(碳谱，13C-NMR)，可给出丰富的碳骨架。
核磁共振波谱的应用
NMR是结构分析的重要工具之一，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，属于无破损分析方法。

第十六章核磁共振波谱法

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