清华大学：《有机谱图解析》课程教学资源（PPT课件）第一章 核磁共振概论

第一章核磁共振概论 11核磁共振基本原理 1.11原子核的磁矩 1)质量数和原子序数均为偶数(质子数、中子数均 为偶数),则I=0(如12C、160、32S) 2)质量数为奇数(质子数与中子数其一为偶数,另 为奇数),则I=1/2(如1H、13C、15N、3lP) I=3/2(如3Cl、37Cl), 3)质量数为偶数,原子序数为奇数(质子数、中子 数均为奇数),则I=1(如2H、14N), 自旋量子数I>1/2,具有电核四极矩( quadrupole)

第一章 核磁共振概论 1.1 核磁共振基本原理 1.1.1 原子核的磁矩 自旋量子数 I >1/2，具有电核四极矩（quadrupole） 1）质量数和原子序数均为偶数（质子数、中子数均 为偶数），则 I = 0 （如12C、 16O、 32S） 2）质量数为奇数（质子数与中子数其一为偶数，另 一为奇数），则 I = 1/2 （如1H、 13C、 15N、 31P） I = 3/2 （如 35Cl、 37Cl），…… 3）质量数为偶数，原子序数为奇数（质子数、中子 数均为奇数），则 I = 1 （如 2H、 14N），……

1.12核自旋角动量及磁矩的空间量子化 自旋量子数[≠O的原子核具有自旋 角动量回,其数值为: P=√(I+1) 磁矩L=Y γ:磁旋比( magnetogyric ratio)

1.1.2 核自旋角动量及磁矩的空间量子化 自旋量子数 的原子核具有自旋 角动量 ，其数值为： I  0  P P = I(I +1) 磁矩    = P ：磁旋比（magnetogyric ratio）

有外磁场时: nh (m=l,I-1 μ2=P2=Ym 磁矩和磁场的相互作用能E: 若设外磁场加在Z轴方向上,则有: u,Bo=-u, Bo=-ymhbo

有外磁场时： P m m I I I P m z z z = = − − = =    ( , 1, , )    磁矩和磁场的相互作用能E： E = − B    0 若设外磁场加在Z轴方向上，则有： E = −z B0 = −z B0 = −mB0

原子核不同能级间的能量差为: △E=-y△mB 允许跃迁(△m=±1) △E=yhB

原子核不同能级间的能量差为： E = −mB0 允许跃迁（  m =  1 ): E = B0

113核磁共振的产生 如用某一特定频率的电磁波辐照核, 并满足下述条件,则产生NMR h=△E=yhB 2兀 =2πV=yB

1.1.3 核磁共振的产生 如用某一特定频率的电磁波辐照核， 并满足下述条件，则产生NMR h E B B B          = = = = =   0 0 0 2 2

核磁共振的物理图象 拉莫尔进动( Larmor precess): Or=yBOI 垂直于B的线偏振交变磁场 Z B 0 r=Bix coso t+B sin @. b =b coso t-B, sin ot 核磁矩μ Ix B B B B

核磁共振的物理图象 拉莫尔进动（Larmor Precess）:   L = B0 核磁矩  z B0 B B t B t B B t B t R x L y L L x L y L = + = − 1 1 1 1 cos sin cos sin     垂直于B0的线偏振交变磁场 BR BL B1 B1 x y

般把最大Z轴分量叫做原子核的磁矩(并非核 的总磁矩),由实验观测确定。 如H的磁矩p4amax)=279270B (核Bohr磁子βN=505082x1027JT) 九 (max (max z(ax) 二 =2.6751×101T 1l酸场下的共振频率:0=2V=YB vs①o=42.576MHz 2兀 1T下与H共振频率最接近的是9F共振频率(40.055MH

一般把最大Z轴分量叫做原子核的磁矩（并非核 的总磁矩），由实验观测确定。 如 1H的磁矩 z(max) = 2.79270N (核Bohr磁子N = 5.05082x10-27JT-1 )      z z z P I I s T (max) (max) (max) . = = = =  − −   2 6751 108 1 1        = = = = 2 2 42 576 0 0 B B . MHz 1T下与1H共振频率最接近的是19F共振频率(40.055MHz) 1T磁场下的共振频率：

1.2化学位移( Chemical shift 12.1屏蔽常数( Shielding Constant) ,彡^瓦 B0(1-) 原子的屏蔽∫抗磁屏蔽:以s电子为主(H) (近程屏蔽){顺磁屏蔽:以p,d电子为主(C,9F等) 核屏蔽 分子内诱导效应、共轭效应、磁 的屏蔽:各向异性效应、氢键效应、 分子的屏蔽 范德华效应、顺磁效应 (远程屏蔽) 分子间溶剂效应、介质磁化率效 的屏蔽:应、氢键效应、顺磁效应

1.2 化学位移（Chemical Shift） 1.2.1 屏蔽常数（Shielding Constant）    = − 2 B0 (1 ) 核屏蔽 原子的屏蔽 (近程屏蔽) 抗磁屏蔽：以s电子为主（1H） 顺磁屏蔽：以p, d电子为主（13C, 19F等） 分子的屏蔽 (远程屏蔽) 分子内 的屏蔽： 分子间 的屏蔽： 诱导效应、共轭效应、磁 各向异性效应、氢键效应、 范德华效应、顺磁效应 溶剂效应、介质磁化率效 应、氢键效应、顺磁效应

122化学位移 B standard Bocx10固定频率,扫场 B standard mymn0°固定磁场,扫频 standard sample standard 6 仪器的公称频率 Vo: 6OMHZ Bn:14092T ppm 60Hz 100MHZ 2.3488T 100Hz 200MHZ 4.6975T 200HZ 400MHZ 9.3951T 400HZ

1.2.2 化学位移          = −  = −  = −  B B B s dard sample s dard sample s dard s dard sample s dard tan tan tan tan tan 10 10 10 6 6 0 6 固定频率，扫场 固定磁场，扫频 0：仪器的公称频率 0：60MHz B0：1.4092T 1ppm= 60Hz 100MHz 2.3488T 100Hz 200MHz 4.6975T 200Hz 400MHz 9.3951T 400Hz

1OOMHZ 1086420 1086420 250MHZ 8

10 8 6 4 2 0 10 8 6 4 2 0 10 8 6 4 2 0 100MHz 250MHz