视频：核磁共振波谱法在线视频

同学们好

下面我们开始学习

核磁共振波谱法

我们分四个部分讲述

核磁共振波谱法简介、

质子核磁共振谱、

核磁共振波谱仪器、

核磁共振波谱法的应用

一、核磁共振波谱法简介

NMR是研究处于磁场中的

原子核对射频辐射的吸收

它是对各种有机和无机物的成分、

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

在强磁场中

原子核发生能级分裂

当吸收外来电磁辐射时

将发生核能级的跃迁

产生所谓NMR现象

测定有机化合物的结构

1HNMR──氢原子的位置、

环境以及官能团

和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

对射频辐射的吸收

在有机结构分析的

各种谱学方法中

核磁共振方法给出的

结构信息最为准确和严格

原子核在磁场中发生

共振吸收的现象涉及量子力学、

波动力学、微波脉冲技术、

傅里叶变换的数学方法等

化学位移、偶合裂分

和积分线是

核磁共振波谱分析方法中

最重要的三个参数

二、质子核磁共振谱

又称为核磁共振氢谱

是研究最多

应用最为广泛的

一种核磁共振波谱

由于氢原子外围仅有一个电子

与其他所有核相比

在自然界中丰度较大

达99. 9%以上

且其灵敏度最高

在有机化合物中

氢原子是分布最广的原子之一

几乎所有官能团

都直接或间接与氢原子密切相关

因此通过对氢原子的测定

即可表达各种官能团之间的联系

（一）化学位移

在一定的辐射频率下

处于不同化学环境的

有机化合物中的自旋核

产生核磁共振的磁场强度

或共振吸收频率不同的现象

不同的原子核

γ氢原子核的旋磁比不一样

共振条件不一样

在有机化合物中

各种氢核周围的电子云密度不同

共振频率有差异

即引起共振吸收峰的位移

这种现象称为化学位移

化学位移

核磁共振波谱的定性参数

用δ值表示，单位为ppm

化学位移的绝对数值是不存在的

通常选择一种标准物

设其共振吸收值为零

其他原子的化学位移

与其进行比较

得到化学位移的相对值

通常用四甲基硅烷( TMS)中的

氢或碳的化学位移作为零

在NMR中

通常以四甲基硅烷(TMS)

作标准物原因：

a)由于四个甲基中

12 个H 核所处的化学环境完全相同

因此在核磁共振图上

只出现一个尖锐的吸收峰

b) 屏蔽常数较大

因而其吸收峰

远离待研究的峰的高磁场(低频)区

c) TMS—化学惰性、

溶于有机物、易被挥发除去

此外，也可根据情况

选择其它标准物

（二）原子自旋偶合裂分与偶合常数

在分子中

不仅核外的电子会对

质子的共振吸收产生影响

邻近质子之间

也会因互相之间的作用

影响对方的核磁共振吸收

引起共振谱线增多

这种相邻原子核之间的

相互作用称为自旋偶合

因自旋偶合而引起的谱线增多现象

称为自旋裂分

相互偶合作用程度的大小

以偶合常数表示

偶合常数不受仪器、

溶剂等外界因素的影响

是和分子结构有关的一个参数

偶合裂分的数目、

裂分后各谱线的强度

以及各峰的裂距（偶合常数）

是核磁共振波谱中

重要的结构参数

偶合裂分峰的数目

分析核磁共振图谱

每一个质子裂分的数目

受到质子周围存在的

相互偶合作用的质子数目影响

一个质子在磁场中有顺、

反两个取向

对周围质子就会产生

两种不同的偶合作用

因此被偶合的质子裂分为双重峰

两个质子存在时

则产生三种不同的取向

两个质子平行于外磁场方向、

两个质子反平行方向

或一个质子平行

而另一个质子反平行

这三种不同的取向

使被偶合的质子产生三重裂分

依此类推

若n个质子存在

就会出现(n+1)重裂分峰

偶合裂分峰的强度关系

偶合裂分生成的各个峰的强度

在一级谱中遵循

二项式(a+b)的n次方展开后

各项系数的规律

即：二重裂分两个峰的

强度为1:1

三重峰的强度比为1:2:1

四重峰的强度比为1:3:3:1

五重峰的强度比为1:4:6:4:1

裂分峰的距离：偶合常数

同组核偶合裂分后

各峰之间的距离相等

其间距称为偶合常数

偶合常数也是一个

重要的结构常数

但它与结构的相关性及变化规律

还不够严格

常见基团的偶合常数如表所示

一级谱和二级谱：

只有一个偶合常数

产生一级谱

不止一个偶合常数

产生二级谱

一级谱具有下列特点：

① 峰的数目可用n+1规律描述

② 峰组内各峰的相对强度

可用二项式展开系数近似地表示

③ 从图可直接读出δ和J

峰组中心位置为δ

相邻两峰之间距为J。

二级谱与一级谱的区别为：

① 一般情况下

峰的数目超过

由n+1规律所计算的数目

② 峰组内各峰之间的

相对强度关系复杂

③ 一般情况下，δ、J

都不能直接读出

三、 核磁共振波谱仪器

1、主要组成部分

包括：磁场、探头、射频

发射单元、射频和

磁场扫描单元、射频监测单元、

数据处理仪器控制六个部分

磁场：基本组成部件

提供强而稳定、均匀的外磁场

探头：试样管座、

发射线圈、接受线圈等

射频发射单元（射频发射器）

发射60或100MHz的电磁波

来进行氢核的核磁共振测定

射频和磁场扫描单元、

射频监测单元

控制扫描速度及扫描范围

检测共振吸收信号

数据处理仪器控制

得到核磁共振波谱

2、仪器类型

连续波（CW）核磁共振波谱仪

傅立叶变换核磁共振波谱仪

FT-NMR工作原理

当样品经射频脉冲照射后

接受线圈感应得到

含有样品结构信息的干涉图

经傅里叶变换后得到

频域上的核磁共振谱图

FT-NMR具有如下优点

提高了仪器的灵敏度

提高了测量速度

四、核磁共振波谱的应用

NMR除了前边讲过的

定性分析、定量分析、

结构分析以外，还有：

（1）高分子材料研究如测定：

高分子化合物的结晶度、

高分子链立体构型、成份等

（2）药物分析如：

中草药有效成份的研究、

新药的研制与开发、

成品药物的质量鉴定等

（3）生物学研究如：

生物大分子的结构与功能、

药理学、生物 活体组织等

（4）医学 如：癌症诊断、

人体NMR断层扫描(NMR-CT)等

（5）石油化工如测定：

石油烃的支化度 、

渣油及其组分的芳烃度等

原油、石油馏分、

煤抽提燃料和生物质燃料的表征等

核磁共振波谱法我们就讲到这儿

同学们再见