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对射频辐射的吸收。
什么是核磁共振?
用能量等于E的电磁波照射磁场中的磁 性核，则低能级上的某些核会被激发到高 能级上去(或核自旋由与磁场平行方向转 为反平行)，同时高能级上的某些核会放 出能量返回低能级，产生能级间的转移， 此即核磁共振。 NMR利用磁场中的磁性原子核吸收电磁波时 产生的能级分裂与共振现象
仪；
1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有影响，而这一影 响与物质分子结构有关。 1970年：Fourier(pilsed)-NMR 开始市场化（早期多使用的是连续波 NMR 仪器）。
13位因对核磁共振的杰出贡献而获得 诺贝尔奖科学家
• • • • • • • • • • • • • 1944年 I.Rabi 1952年 F.Block 1952年 E.M.Purcell 1955年 mb 1955年 P.Kusch 1964年 C.H.Townes 1966年 A.Kastler 1977年 J.H.Van Vleck 1981年 N.Bloembergen 1983年 H.Taube 1989年 N.F.Ramsey 1991年 R.R.Ernst 2002年，NMR领域再一次获诺贝尔化学奖
能级
分裂
h E B0 2
m=+1/2
磁量子数
B0
2. 核磁共振条件
Eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
h B0 2
0
B0 2
外界 射频 能量
h h E B0 h 0 2
进动频率
外界射频频率 总结：
核——原子核自旋
磁——外加磁场 B0
I≠0
诱导产生自旋能级分裂
共振——外界= 0进动 共振吸收 能级跃迁
第二节 NMR的基本原理
原子核磁矩
• NMR研究的研究对象磁性核与外加磁场的 相互作用 • 磁性核：109种元素所有的核均带电荷，有 些核具有磁角动量，即其电荷可以绕自旋 轴自转(似带电的陀螺)，这样的核称为磁 性核，是核磁共振研究的对象。
自旋量子数
• • 自旋角动量I是量子化的，可用自旋量子数I表 示I为整数、半整数或零 原子核组成(质子数p与中子数n)与自旋量子数I 的经验规则： 凡I值非零的原子核均可以采用NMR测定；
3．能级分布与弛豫过程 ——Boltzman公式计算结果：
2. 发展历史
1924年：Pauli 预言了NMR 的基本理论，即，有些核同时具有自旋和磁 量子数，这些核在磁场中会发生分裂； 1946年：Harvard 大学的Purcel和Stanford大学的Bloch各自首次发现并证 实NMR现象，并于1952年分享了Nobel奖； 1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一台高分辨NMR
奇
偶
整数
I=2 58Co I=3 10B
偶
偶
零
12
C; 16O; 32S 等
Ι
h I(I 1) 2π
I 0的核为磁性核，可以产生NMR信号 I = 0的核为非磁性核，无NMR信号
原子核为带正电粒子 原子核的自旋产生小磁场
以核磁矩μ表征
类似电流线圈 产生磁场 右手定则
二．核磁共振现象
1. 能级分裂
——进动—绕回旋轴旋转 ( Larmor进动）
进动频率=表征常数原子核
γH＝2.76×108 rad.T-1.s-1 γC13＝0.672 ×108 rad.T-1.s-1
磁旋比—原子核特征常数
0 B0 2
进动频率 外加磁场强度
（4）以I=1/2的原子核为例
自旋取向有2I+1=2×1/2+1=2种， 即有两个能级=能级分裂 （B0=0） μ 顺磁 μ 抗磁 （B0≠0） m=-1/2
– p与n同为偶数，I = 0。如 12C, 16O, 32S等，不能用 NMR测定； – p + n =奇数，I =半整数(1/2, 3/2等) 1H, 13C, 15N, 17O, 31P等 如 – p与n同为奇数，I =整数。如2H, 6Li等
•
第二节
一．原子核的自旋
基本原理
原子核自旋情况，自旋量子数表征
I=O （12C,
16O，32S, 28Si）--无自旋，无NMR
I=1/2 （1H，19F，31P，13C ）--自旋情况简单， NMR主要研究对象 I=1 （2H，14N ）81Br）
I=3/2 （11B，35Cl，79Br,
凡I≥1，I=1，2，3，……,3/2, 5/2, …
自旋情况复杂，目前NMR研究较少
核磁共振波谱分析
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy
NMR
第一节 NMR简介 1. 一般认识 NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation) 的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强
有力的工具之一，有时亦可进行定量分析。
自旋量子数与原子核的质量数及质子数关系
原子序数 Z 质量数 A 自旋量子数 I 例
I=1/2 1H; 13C; 15N;
19
F; 31P; 77Se 等
7
奇、偶
奇
半整数
I=3/2
11
Li;
9
Be;
B; 33S; 35Cl; 37Cl
等 I=5/2
27 17
O;
25
Mg;
Al; 55Mn 等
I=1 2H; 6Li; 14N 等
在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能 级差约为2510-3J)，当吸收外来电磁辐射(109-1010nm,4-900MHz)时， 将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR现象。
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，1HNMR──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）
（1）无外加磁场（B0=0）时
——原子核无序排列
——不同自旋状态能量相同 ——不存在核间能级差 （2）有外加磁场（B0≠0）时 ——原子核自旋运动受限
——表现为：自旋取向受限
相对外加磁场方向，只有2I+1种取向 量子化
（3）受限下的核运动
——原子核运动=自旋+进动 ——自旋—绕自旋轴（磁场轴）旋转