μ
当将自旋核置于外加磁场H0中时，根据量子 力学原理，由于磁矩与磁场相互作用。磁矩相对
于外加磁场有不同的取向，它们在外磁场方向的
投影是量子化的，可以用磁量子数(m)描述：
m=I , I-1 ,I-2,….-I 2I+1个取向
对于具有I、m的核量子化能级的能量为：
右手定则
E


m
I

H0
H0：外加磁场强度(G-高斯);
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1.概述
核磁共振波谱法(属于吸收光谱） 将有磁矩的核放入磁场后，用适宜频率的电磁波 照射，它们会吸收能量，发生原子核能级的跃迁， 同时产生核磁共振信号，得到核磁共振谱 有机化合物中，经常研究的是1H和13C核的共振吸 收谱
结构分析的重要工具之一 无损分析方法
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β：核磁子(5.049×10-31J.G-1);
μ：以β为单位的核的磁矩.
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对于具有I=1/2自旋核的核磁矩取向和 能级 m=+1/2、-1/2
H0
对于具有I=1自旋核的核磁矩取向和能级 m=1, 0 , -1
H0
μZ m=+1/2 μ
E=+μβH0
H0
μZ μ m=-1/2
△ E=2μβH0
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。 NMR远没有IR、UV灵敏
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NMR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
Nuclear Spin
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讨论:(1) I=0 的原子核 O(16)；C（12）；S（32）
等 ，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。
(2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
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；
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仪器；
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。
应用范围
化学、物理、生物、药学、医学、农业、 环境、矿业
脑科学、量子计算机、纳米材料、C60、软 物质、超导材料 分子结构研究、物质的分子组成及相 互作用、分子水平上的其它研究
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NMR Spectrometer Producers
Bruker (Europe) Virian (U.S.A.)
1970年：Fourier(pilsed)-NMR 开始市场化(早期多使用 的是连续波NMR 仪器)。大大提高了分析速度和灵敏度
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2.核磁共振波谱法（NMR）的基本原理
若原子核存在自旋，产生核磁矩，根据量子力学的原理，原 子核磁矩的大小取决于核的自旋角动量(p):
自旋角动量： h I(I 1) 2
质量数 原子序数
I
NMR信号
偶数 偶数
0
无
奇数 奇或偶数 1/2
有
奇数 奇或偶数 3/2 5/2… 有
偶数 奇数
1,2,3
有
原子核Leabharlann 12C6 16O8 32S16
1H1 13C6 19F9 15N7 31P15
11B5
35Cl17 79Br35 81Br35 17O8 33S16
2H1 14N7
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在强磁场中，原子核发生自旋能级分裂(能级极小： 在1.41T磁场中，磁能级差约为2510-3 J)，当吸收 外来电磁辐射(109-1010nm, 4-900MHz)时，将发 生核自旋能级的跃迁----产生所谓NMR现象。
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NMR简介
核磁共振过程 射频辐射→原子核(强磁场下能级分裂) →吸收→能级跃迁→NMR 用途 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
主要参考书
赵藻潘，仪器分析，高等教育出版社，1990年版。 陈复生等，精密分析仪器及应用，四川科学技术出版
社，1989
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主要内容
1.概述 2.核磁共振波谱法（NMR）的基本原理 3.化学位移与核磁共振谱 4.核磁共振波谱法（NMR）仪器构成 5.核磁共振波谱法（NMR）应用
I：自旋量子数； h：普朗克常数；
1
自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自
旋情况可以用（I）表征：实验证明 I 与原子的质量
数，及原子序数有关。
质量数 偶数 偶数 奇数
原子序数 自旋量子数I
偶数
0
奇数
1，2，3….
奇数或偶数 1/2；3/2；5/2….
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核磁共振的产生
原子的核磁矩在外磁场空间的量子化 根据量子力学的原理，原子核磁矩的大小取决于核的自旋角动量(p):
E=-μβH0
μZ m=+1 μ
H0
μZ μ m=0
H0
E=+μβH0
△ E=μβH0
△ E=μβH0
对于任何自旋量子数为 I 的 核，其相邻两个能级的能量差：
μZ
μ
△E μ β
I
H0
m=-1
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(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有 机化合物的主要组成元素。
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自旋核在磁场中的行为
具有自旋角动量(p)的核在自旋时会产生核磁矩(μ) :
μ=γ P
γ 为磁旋比，不同的核有不同的磁旋比。
Joel (Japan)

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NMR Spectrometers in Sichuan Uni.
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NMR简介
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 种有机化合物成分、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