2
与紫外、红外比较
共同点都是吸收光谱
吸收 能量
紫外-可见
红外
核磁共振
无线电波
紫外可见 光
红外光 1~100m波长最 长，能量最小,
780nm~1000 不能发生电子
200~780nm
m
振动转动能级
跃迁
跃迁 类型
电子能级 振动能级跃 自旋原子核发
跃迁
迁
生能级跃迁
3
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。
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
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实践证明,核自旋与核的质量数,质 子数和中子数有关
质量数 为偶数
质量数 为偶数
质量数 为奇数
原子序 数为偶
数
原子序 数为奇
数
自旋量子 数为0
无自旋
12C6,32S16 ,16O8
自旋量子 数为1,2,3
有自旋
13
例：外磁场B0=4.69T（特斯拉，法定计量单位） 1H 的共振频率为
H 0 2.68108 1s1 4.69
2
2 3.14
2.0015108 s1 200.15 MHz
(1s1 1Hz)
放在外磁场 B0=2.35T =100MHz
分析测定时，样品不会受到破坏，属于 无破损分析方法
4
11.1核磁共振基本原理
一、原子核的磁性
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，且磁
矩随角动量的增加成正比地
增加
=P
—磁旋比，不同的核具有不 同的磁旋比，对某元素是定值。 是磁性核的一个特征常数
I=1/2的氢核只有两种取向 I=1的核在B0中有三种取向
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z
z
z
m =+1
m =
B0
m = +1/2
m =
m =
m =
m = 1/2
m = 1
m = 1 m = 2
I = 1/2
I=1
I=2
I=1/2的氢核 与外磁场平行，能量较低，m=+1/2, E 1/2= －B0 与外磁场方向相反, 能量较高, m= -1/2, E -1/2=B0
14N7
原子序 数为奇 或偶数
自旋量子
1H1, 13C6
数为 有自旋 19F9,31P15
1/2,3/2,5/2
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I=1/2的原子核,核电荷球形均匀分布 于核表面,如: 1H1, 13C6 , 14N7, 19F9,31P15
它们核磁共振现象较简单;谱线窄,适 宜检测,目前研究和应用较多的是1H和 13C核磁共振谱
m h 2
I=1/2 的核发生核磁共振吸收射频 的频率，即共振频率。
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1 h 代入 2B0 得
2 2
h
0 2
产生核磁共振光谱的条件
（1）对自旋量子数I=1/2的同一核来说， 因磁矩为一定值，—为常数，所以发生 共振时，照射频率的大小取决于外磁场 强度的大小。外磁场强度增加时，为使 核发生共振，照射频率也相应增加；反 之，则减小。
N (

1
)
E
h
hB0
2 e kT e kT e 2kT
N(1)
2
16
当 的B1H0核= 数1.4之09比T为,温度为300K时,高能态和低能态
N(1) e 2

6.631034 J s2.68108 T 1s11.409T 23.141.381023 J K 1300K
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I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
由式 E = －ZB0及图可知1H核在磁场 中,由低 能级E1向高能级E2跃迁,所需能量为 △E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
△E与核磁矩及外磁场强度成正比, B0越大,能 级分裂越大, △E越大 B0外加磁场
m= -1/2 E2= B0 无磁场
第11章 核磁共振波谱法
1
将磁性原子核放入强磁场后，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 跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振谱
利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定 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，本章重点介绍H核共振的原理及应用
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例 C1：3核H的原子C =6H.=732×.681×071T0-81T·S-1-·1S-1(特[斯拉]-1 ·秒-1)
核的自旋角动量是量子化的,与核的自旋量 子数 I 的关系如下:
p h I (I 1) I可以为0，1 ，1，3，2等值
2
22
代入上式得: h I (I 1) （ = P） 2
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(2)对自旋量子数I=1/2的不同核来说，若同时
放入一固定磁场中，共振频率取决于核本身 磁矩的大小, 大的核，发生共振所需的照射 频率也大；反之，则小。例：13C的共振频率 为:
c0 6.73 107 1s1 4.69
2
2 3.14
5.026 107 s1 50.26MHz
△E=2 B0
m= +1/2 E1= －B0
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三、核磁共振
如果以一定频率的电磁波照射处于磁场B0中 的核，且射频频率恰好满足下列关系时：
h =ΔE ΔE=2 B0
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（核磁共振条件式） 自旋核的跃迁能量
h
磁性核
h =ΔE
高能级 低能级
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。
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二、自旋核在磁场中的行为
自旋核发生能级分裂， I=1/2的氢核分裂为两种能级
核自旋能级
把自旋核放在场强为B0的磁不同的取 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
每种取向各对应一定能量状态
H 0 2.68108 1s1 4.69
2
2 3.14
2.0015108 s1 200.15 MHz
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四、核自旋能级分布和驰豫
(一)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