磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核
具有不同的磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。 （3） 与P方向平行。
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1 2.79270 13 0.70216
H
C
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很象
磁棒，在外加磁场下，核磁体可以有（2I+1）种取向。
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2
CDCl3
7.65
DMSO
7.65
5
2
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7.60
5
7.55 7.50
7.62 7.61 7.61 7.60 7.60 7.60 7.59 7.59 7.58
7.67 7.67 7.66 7.65 7.65 7.63 7.62 7.62 7.61 7.61 7.60
7.60 7.55 7.50
只有自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩
质量数（a） 原子序数（Z） 自旋量子（I） 奇数 奇或偶
1 3 5 , , 2 2 2
例子
1 I ,1H1 , 13C ,19F ,15N 6 9 7 2 3 5 I ,11 B 5 , 35 Cl 17 , I ,17 O 8 2 2
12
est
第十一章 核磁共振波谱 分析
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9.0
1H
1.00
8.74
8.5
8.34 8.29 8.27
1.08 1.05
8.0
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7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0
3.34 1.13 6.02 4.93 1.05 1.08 1.09 7.52 7.51 7.36 7.35 7.33 7.30 7.28 7.27
3
3
7.45
7.48 7.48 7.47 7.45 7.45
7.48 7.48 7.47 7.46 7.45
7.45
7.40
4
7.40 7.35 7.30 7.25 ppm
4
7.35
7.40 7.40 7.39 7.38 7.38 7.37 7.37 7.36
7.38 7.38 7.38 7.37 7.36 7.36 7.35 7.35
Ei E j Ni E h exp exp exp Nj kT kT kT
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
6.626 1034 100.00 106 J s s 1 Ni exp 0.999984 23 1 Nj JK K 1.38066 10 298
o: 拉默尔频率
: 磁旋比
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一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin （1）一些原子核像电子一样存在自
旋现象，因而有自旋角动量：
h P= [I(I+1)]1/2 2

I 为自旋量子数 （2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故 在自旋时会产生 核 磁 矩： P
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NMR的形成
射频磁场(B0)

B0
FID
N/N= exp(- E/kT)
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在1950年，Proctor 等人研究发现：质子的共振频率与 其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学 位移和裂分，如图所示。 由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
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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二、 核磁共振现象
nuclear magnetic resonance
氢核（I=1/2），两种取向（两
个能级）： (1) 与外磁场平行，能量低，磁 量子数ｍ＝＋1/2; (2) 与外磁场相反，能量高， 磁量子数ｍ＝－1/2;
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360
500 600 750 500b 800 900
800
3600 6000 9000 Байду номын сангаас0000 30000
总结
（1）在相同 B0 下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。 例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ， 13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的 1/8 左右。 （2）对同一种核， 一定，当B0 不变时，共振频率不变； 当B0 改变时，共振频率也随之而变。 例如，氢核在1.409 T 的磁场中，共振频率为60 MHZ ， 而在2.350 T 时，为100 MHZ。
一、原子核的自旋 atomic nuclear spin 二、核磁共振现象 nuclear magnetic resonance 三、核磁共振条件 nuclear magnetic resonance condition of nuclear spectroscopy; NMR magnetic resonance 四、核磁共振波谱仪 第一节 nuclear magnetic resonance 核磁共振基本原理 spectrometer principles of nuclear magnetic resonance
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3 ．射频信号接受器（检 测器）：当质子的进动频
率与辐射频率相匹配时，
发生能级跃迁，吸收能量， 在感应线圈中产生毫伏级 信号。 4．探头：有外径5mm的玻璃样品管座, 发射线圈，接收线 圈，预放大器和变温元件等。样品管座处于线圈的中心，测 量过程中旋转, 磁场作用均匀。发射线圈和接收线圈相互垂 直。
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第二节、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
1．永久磁铁：提供外磁
场，要求稳定性好，均匀， 不均匀性小于六千万分之
一。扫场线圈。
2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz，…….
超导磁体：铌钛或铌锡合金等超导 材料制备的超导线圈；在低温4K，处 于超导状态；磁场强度>100 kG 开始时，大电流一次性励磁后，闭 合线圈，产生稳定的磁场，长年保持不 变；温度升高，“失超”；重新励磁。 超导核磁共振波谱仪： 200-400MHz；可 高达600-900MHz；
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现代核磁的特点
偶数 偶数
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偶数 奇数
0 1，2，3„„
C6 ,16O8 ,32S16
I 1,2H1,14N7 , I 3,10B5
讨论:
(1) 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； （重要） (2)Ｉ＝1/2的原子核
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自旋核在磁场中的行为
1H
E2 =+ （h/4 ） B0
E
B0
P
E1 =－ （h/4 ） B0
磁旋比； B0外磁场强度
E= E2 － E1 = （h/2 ） B0
发生核磁共振时： E= h 0 共振频率 0 = （1/2 ） B0
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质谱给出分子量为269 分子式为:C17H17N3O
3.5 3.0
1.13 2.29 1.13
2.5
1.12 1.11
应用实例
2.0 ppm
3.94 3.79 3.33 3.33 3.33 3.08 3.06 3.05 3.03 2.92 2.91 2.89 2.88 2.86 2.82 2.78 2.33 2.31 2.08 2.07 2.07
静磁场(B0)
E
13C
NMR的形成
1H
splitting
splitting B0
E
E = hB0/2
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背景介绍
year 1961 1965 1969 1978 Frequency(MHz) 60 100 220 200 S/Na 6 30 80 300
1978
1985 1988 1994 1995 1996 2000
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样品的制备：
试样浓度：5-10%；需要纯样品15-30 mg；
傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1 mg ； 标样浓度（四甲基硅烷 TMS） ： 1%； 溶剂：1H谱 四氯化碳，二硫化碳；氘代溶剂：氯 仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物；
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常用溶剂的化学位移值
溶剂 CCl4 CS2 CDCl3 (CD3)2CO (CD3)2SO D2O 苯d6 (C6D6) 二氧六环d6 CF3COOH 还己烷-d12 吡啶-d5 CD3OH 7.27 2.05 2.50 4.8(变化大与样品浓度及温度有关) 7.20 3.55 12.5 1.63 6.98, 7.35, 8.50 3.35 128.0(3) 67.4 116.5(4), 163.3(4) 26.3(7) 149.3(3),123.5(3), 135.5(3) 49.0(7) δ 1H δ 13C 96.1 192.8 77.1(3) 30.3(7), 207.3 39.5(7)
3
7.30
2
7.29
1
OH
4
7.25 ppm