分析化学（第2版）谢庆娟
李维斌
第一节 核磁共振波谱法简介
图示：磁性核在外加磁场中的行为
此图说明：无外加磁场时，样品中的磁性核任意取向； 放入磁场中，核的磁角动量取向统一，与磁场方向平行或 反平行
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第一节 核磁共振波谱法简介
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第一节 核磁共振波谱法简介
核磁共振（ NMR ）指原子核放入磁场中，用适宜频率 的电磁波照射，吸收能量后，发生原子核能级的跃迁的 现象。 核磁共振光谱（NMR spectrum）是核磁共振信号的强 度随照射波频率或外磁场磁感强度而改变的曲线。
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第一节 核磁共振波谱法简介
（二）原子核的进动与核磁共振
(a)地球重力场中陀螺的进动
(b)磁场中磁性核的进动
磁性核：109种元素所有的核均带电荷，具有有磁性的核 具有角动量，即其电荷可以绕自旋轴自转(似带电的陀螺)
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= H0 /2
其意义为，当用一定频率电磁波照射1H核时，若电磁辐射所提供的能量恰好等于其 核能级差的能量（△E）时，1H核就吸收电磁辐射的能量，从低能级跃迁至高能级， 从而产生核磁共振吸收。可以通过改变照射电磁波的频率 υ （扫频），或外磁场 的强度 H0 （扫场）来满足核的共振条件。一般情况下是采用改变外磁场的强度 H0 ， 实现核共振。
图说明： (1)无外加磁场时，磁性核的能量相等。 (2)放入磁场中，有与磁场平行（低能量）和反平行（高 能量）两种，出现能量差E=h。
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第一节 核磁共振波谱法简介 N
S N
N
N S
S
S
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 间的能量转移，此即共振。
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第一节 核磁共振波谱法简介 化学位移定义
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分析化学（第2版）谢庆娟李源自斌第十四章 核磁共振波谱法和质谱法简介
◆学习目的
◆知识要求
◆能力要求
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学习目的
通过学习核磁共振波谱法和质谱法了解核磁 共振波谱法和质谱法产生的原理和在分析检测 中的应用。
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第一节 核磁共振波谱法简介
二、波谱图与分子结构 化学位移 原子核在一定强度的磁场中，由于共振吸 收的缘故，要吸收一定频率的电磁辐射， 并在核磁共振谱中的一定位置上出现吸收 峰。由于原子核的性质不同，吸收电磁辐 射的频率不同，而出现吸收峰的位置也不 同。由于核外电子对原子核有一定的屏蔽 作用，因此，原子核受核外电子屏蔽作用 的影响，使吸收峰在核磁共振图谱中的位 置（峰位）发生移动。
NMR的研究对象磁性核与电磁波的相互作用
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第一节 核磁共振波谱法简介
一、核磁共振的基本原理
原子核荷带正电，当其绕轴旋转时产生电流，周围 形成磁场，使得原子核存在磁距μ 。
磁距μ 与自旋角动量 P成正比，比例常数为 ： = P 称为磁旋比，是原子核的重要属性。
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。
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第一节 核磁共振波谱法简介
例如：1H 核的自旋量子数为 1/2 。在外加磁场中，它只能有两种取向：一种与外磁 场平行，为低能级E1，以磁量子数m=+1/2表征；一种与外磁场逆平行，为高能级E2， 以磁量子数m=-1/2表征。两能级之差△E为： h h E E 1 E 1 mB 0 H0 2 2 2 2 其进动频率为：
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第一节 核磁共振波谱法简介
（一）原子核的自旋 磁性核和非磁性核
磁矩
但是，不是所有的原子核都有磁性。
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第一节 核磁共振波谱法简介
原子核为带电粒子。原子核自旋的特征用自旋量子数I来描述， 根据I值的不同，原子核分为三类： ①I=0，它们的质子数和质量数均为偶数，在磁场中不产生核磁 共振信号，如12C、16O、32S等。 ②I=整数，它们的质子数为奇数，而质量数为偶数，如2H、14N 等。这类核有自旋和核磁距现象，但因较复杂，目前研究得较少。 ③I=半整数，它们是质量数为奇数的核，如1H、13C 、19F、31P 和 15N等，这类核在磁场中能产生核磁共振信号，且其波谱较简 单。其中碳谱（13C—NMR），尤其是氢谱（1H - NMR），是 有机物结构分析的强有力工具之一。
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知识要求
1.了解核磁共振波谱法和质谱法的各自特点和 用途。 2.了解核磁共振波谱和质谱产生的原理。
3.理解共振吸收、化学位移、质谱图等的含义
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案例导入
在 1946 年 ， 哈 佛 大 学 的 Purcell 与 斯 坦 福 大 学 的 Bloch等人首次发现并证实 核磁共振现象，并因此获 得1952年诺贝尔奖。 目前 NMR波谱是分子科学、材料 科学和医学中研究不同物 质结构、动态和物性的最 有效工具之一。
哈佛大学 教授珀塞尔
斯坦福大学
教授布洛赫