2.基本原理
I=1/2的氢核，在外加磁场B0中只 有两种取向：与外磁场平行，能量较 低，m=+1/2；与外磁场方向相反, 能 量较高, m= -1/2，如右图所示。两种 取向间的能级差，可用ΔE来表示：
E μB0 I
由于I=1/2，故ΔE = 2μB0
式中：μ为氢核磁矩；B0为外加磁场强度 上式表明：氢核由低能级向高能级跃迁 时需要的能量ΔE与外加磁场强度B0及氢核 磁矩μ成正比 。
2.3核的回旋
如果将具有磁矩的核置于外磁场中，它在外磁场的作 用下，核自旋产生的磁场与外磁场发生相互作用，则磁性 原子核在外磁场中一面自旋，一面围绕着磁场方向发生回 旋（称为拉摩尔进动），如下图所示。
2.3核的回旋
原子核在磁场中的回旋, 这种现象与一个自旋的陀 螺与地球重力线做回旋的情况相似。
换句话说：由于磁场的作用，原子核一方面绕轴自 旋，另一方面自旋轴又围绕着磁场方向进动。其进动频 率，除与原子核本身特征有关外，还与外界的磁场强度 有关。进动时的频率、自旋质点的角速度与外加磁场的 关系可用Larmor方程表示：
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，重点介绍H核共振的原理及应用。
2.基本原理
2.2自旋核在外加磁场中的取向数
和能级
自旋量子数I为1/2的原子核
（如氢核），可当作为电荷均
匀分布的球体。当氢核围绕着
3.化学位移与核磁共振波谱
3.1 化学位移的产生 假定当自旋氢核受到磁场全
部作用，当v0= γB0/ 2π时，试 样中的氢核发生共振，产生一个 单一的峰。
实际上，质子的共振频率还要受到周围的分子环境的 影响。质子由电子云包围，而电子在外部磁场垂直的平面 上环流时，会产生与外部磁场方向相反的感应磁场，如右 图所示。核周围的电子对核的这种作用，叫做屏蔽作用， 各种质子在分子内的环境不完全相同，所以电子云的分布 情况也不一样，因此，质子会受到不同强度的感应磁场的 作用，即不同程度的屏蔽作用。因此由屏蔽作用引起的共 振时磁感应强度的移动现象称为化学位移。
3.化学位移与核磁共振波谱
由于化学位移的大 小用与氢核所处的化 学环境密切相关，因 此可用来判断H 的化 学环境，从而推断有 机化合物的分子结构 。
3.2 化学位移表示方法
(1)位移的标准 没有完全裸露的氢核，没有绝对的标准。
相对标准：四甲基硅烷（TMS）
规定：它的化学位移 TMS = 0
(2) 为什么用TMS作为基准? a. 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰； b. 屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭； c. 化学惰性；易溶于有机溶剂； d. 沸点低，易回收。
它的自旋轴转动时就产生磁场
。由于氢核带正电，转动时产
生的磁场方向可由右手螺旋定
图1 右手定则判定磁矩的方向
（a）质子自旋
（b）产生磁场方向
则把确自定旋，核如放图在1所场示强。为B0的磁场中,由于磁矩 与磁场相
互作用,核磁矩相对外加磁场有不同的取向,共有2I+1个,各
取向可用磁量子数m表示。
I=1/2的氢核只有两种取向。
3.3化学位移的大小
相对TMS，不同化学环境的氢核的共振吸收的移 动距离：
S R R1061R RS106
4 耦合常数
4.1 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
4.2 耦合规律
Coupling theory
1、自旋耦合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
(T=300K)及B0=1.409T强度的磁场中，处于低能态的核
仅比高能态的核稍多一些，约多10-5左右：
e e N1/2 E/k T hB 0/2T 1.0000099
N1/2
2.5 核的自旋弛豫
NMR信号就是靠这极弱量过剩的低能态氢核产生 的。如果低能态的核吸收电磁波能量向高能态跃迁的 过程连续下去，那么这极微量过剩的低能态氢核就会 减少，吸收信号的强度也随之减弱。最后低能态与高 能态的核数趋于相等，使吸收信号完全消失，这时发 生“饱和”现象。但是，若较高能态的核能够及时回 复到较低能态，就可以保持稳定信号。由于核磁共振 中氢核发生共振时吸收的能量△E是很小的，因而跃迁 到高能态的氢核不可能通过发射谱线的形式失去能量 返回到低能态（如发射光谱那样），这种由高能态回 复到低能态而不发射原来所吸收的能量的过程称为驰 豫（relaxation）过程。
每类氢核不总表现为单峰， 有时多重峰。
峰的裂分原因: 相邻两个氢核 之间的自旋耦合;
由自旋耦合所引起的谱线增 多的现象称为自旋裂分。
主要内容
一. 核磁共振破谱分析基础知识介绍
二. 此分析方法在环境监测中的应用 三. 相关外文文献
一.核磁共振破谱分析基础知识介绍
1.基本概念
在磁场的激励下，一些具有磁性的原子核存 在不同的能级，如果此时外加一个能量，使其恰 好等于相邻两个能级之差，则该核就可能吸收能 量（称为共振吸收），从低能态跃迁到高能态， 而所吸收的能量级就相当于射频频率范围内的电 磁波。因此，所谓核磁共振就是研究磁性原子核 对射频能的吸收。
进动核便与辐射光子相互作用（共振），体系吸 收能量，核由低能态跃迁至高能态。
2.5 核的自旋弛豫
前面讨论的是单个自旋核在磁场中的行为，而实际 测定中，观察到的是大量自旋核组成的体系。一组1H核 在磁场作用下能级被一分为二，如果这些核平均分布在 高低能态，也就是说，由低能态吸收能量跃迁到高能态 和高能态释放出能量回到低能态的速度相等时，就不会 有净吸收，也测不出核磁共振信号。但事实上，根据玻 尔兹曼分配定律， 以1H核为例，可以计算出，在室温
ω = 2 πv0 = γB0 式中： ω— 角速度；
v0 — 进动频率（回旋频率）； γ— 旋磁比（特征性常数）
2.4 核跃迁与电磁辐射(核磁共振)
已知核从低能级自旋态向高能态跃迁时，需要一 定能量。所以，与吸收光谱相似，为了产生பைடு நூலகம்振，可 以用具有一定能量的电磁波照射核。
当电磁波的能量符合下式时： ΔE = 2μB0=hv0