复旦大学：《仪器分析 Instrumental Analysis》课程教学资源（讲义课件）核磁共振波谱法 nuclear magnetic resonance

第十四章核磁共振波谱法 nuclear magnetic resonance NMR 3.53 yuyu( ashmu. edu.cn

第十四章 核磁共振波谱法 nuclear magnetic resonance NMR yqyu@shmu.edu.cn 1

●核磁共振(NMR) 外加磁场》原子核自旋 能级跃迁 ●核磁共振波谱 以NMR的信号强度对照射 NMR spectrum 频率(或磁场强度)作图 ●核磁共振波谱法 结构、定性及定量分 NMR spectroscopy 析的方法 ●氢谱(4HNMR) 质子类型及化学环境; 氢分布;核间关系 ●碳谱(13CNMR) 碳骨架

核磁共振（NMR） 核磁共振波谱 NMR spectrum 核磁共振波谱法 NMR spectroscopy 氢谱（1H-NMR） 碳谱（13C-NMR） 2 外加磁场 原子核自旋 能级跃迁 以NMR的信号强度对照射 频率（或磁场强度）作图 结构、定性及定量分 析的方法 质子类型及化学环境； 氢分布；核间关系 碳骨架

第一节NMR的基本原理 1.自旋分类 原子核有 质量数与电荷数皆为偶数的核 自旋现象 i=0 (I) 质量数为奇数,电荷数可奇或偶的核 I=1/2、3/2、5/2、 质量数为偶数,电荷数为奇数的核 I=1、2

3 第一节 NMR的基本原理 原子核有 自旋现象 (I ) 1.自旋分类 质量数与电荷数皆为偶数的核 I=0 质量数为奇数，电荷数可奇或偶的核 I=1/2、3/2、5/2、··· 质量数为偶数，电荷数为奇数的核 I=1、2、 ···

各种核的自旋量子数 NMR 质量数核电荷数 信号例如 偶数偶数 0 12C,160 1/2 1H,19F,31P,15N 奇数奇数 3/2 11B,79Br,35C 1/2 奇数偶数 3/2 无有有有有有 13 33s 偶数奇数 2H,14N

各种核的自旋量子数 质量数 核电荷数 I NMR 信号 例如 偶数 偶数 0 无 12C， 16O 奇数 奇数 1/2 有 1H， 19F， 31P， 15N 3/2 有 11B， 79Br， 35Cl 奇数 偶数 1/2 有 13C 3/2 有 33S 偶数 奇数 1 有 2H， 14N 4

2核磁矩() 原子核有 自旋运动的原子核有自旋角动量(P) 自旋现象 h p-2兀 √/(+1) (I) 自旋感应产生核磁矩() R=r 国磁旋比γ是原子核的特征常数 方向服从右手法则 大小与自旋角动量成正比

5 2.核磁矩(µ) ( 1) 2  I I  h p  方向服从右手法则 大小与自旋角动量成正比 µ =  P 原子核有 自旋现象 (I ) 自旋运动的原子核有自旋角动量(P ) 自旋感应产生核磁矩( µ) 磁旋比  是原子核的特征常数

原子核的自旋能级和共振吸收 (一)核自旋能级分裂 原子核置在磁场中的取向:2/+1个 n=,I-1,I-2,…,-/+1,- ◆空间量子化 例如 lI(I=1/2) 2H(I=1) m=1/2 m2×(12)+1=2 mF2×1+1=3m=0 H=-1/2 nF=-1 每种取向代表某个能级

二、原子核的自旋能级和共振吸收 原子核置在磁场中的取向：2I+1个 m=I，I-1，I-2，···， -I+1，-I 6 m = 1/2 m= -1/2 1H（I = 1/2） m=2(1/2)+1=2 空间量子化 m = 1 m = 0 m= -1 2H（I = 1） m=21+1=3 例如： （一）核自旋能级分裂 每种取向代表某个能级

E 2 AE 无磁场∵、 m〓十 2 外加磁场 氢核磁矩的取向 I=1/2核的能级 ☆不同取向的核具有不同的能级 h 核磁矩的能量与外磁场强度有关B=m2zho

7 氢核磁矩的取向 I＝1/2核的能级 外加磁场 无磁场 m =- 2 1 m =+ 2 1 E 0 2 H h E   m    不同取向的核具有不同的能级 核磁矩的能量与外磁场强度有关

h E=-y·m 2丌 h 2 22丌 0 △E 无磁场∵、 2 E 外加磁场 22丌 I=1/2核的能级分裂 △Ey·h O ☆△E随H而增大,这种现象称为能级分裂

8 0 1 2 2 1 H h E        2 0 2 ) 2 1 ( H h E         0 2 H h E       E随H0而增大，这种现象称为能级分裂 I＝1/2核的能级分裂 外加磁场 无磁场 m =- 2 1 m =+ 2 1 E 0 2 H h E   m   

(二)原子核的共振吸收 原子核的进动 ● Larmor进动/ Larmor回旋 ● Larmor方程:进动频率v与外磁场的关系 H 2丌 0 进动轨道 令核一定时,H增大,ν增加 ☆H一定时,y小的核,v小 lHy=267519×10T1s 13Cy=672615×107T1s 回旋轴

1.原子核的进动  Larmor进动/ Larmor回旋  Larmor方程：进动频率与外磁场的关系 9 0 2   H    核一定时，H0增大，  增加 H0一定时，小的核，  小 1H  =2.67519×108T-1 s -1 13C  =6.72615×107T-1 s -1 回旋轴 （二）原子核的共振吸收

2.共振吸收的条件 (1)☆vo=VE=h h 2丌 ME 2兀 E y 进动频率 无磁场、 v=V产生共振吸收 外加磁场 对于Ⅰ=的核

（1） 10 0 0 2   H    0 2 H π γ h ΔE    E = h0 外加磁场 对于I = ½的核 无磁场 E 0 = 产生共振吸收 2. 共振吸收的条件 进动频率 0 2   H    0=