《材料研究方法 Solid State Physics》课程教学资源（讲义）核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR）

核磁共振波谱法 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy NMR 1

核磁共振波谱法 （Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR） 1

主要内容 第一节 概述 第二节核磁共振的基本原理 第三节 化学位移与其影响因素 第四节 自旋耦合与自旋裂分 VARIAN 第五节 核磁共振波谱仪 第六节 核磁共振波谱法的应用 2

2 主要内容 第一节 概述 第二节 核磁共振的基本原理 第三节 化学位移与其影响因素 第四节 自旋耦合与自旋裂分 第五节 核磁共振波谱仪 第六节 核磁共振波谱法的应用

核磁共振 (NMR)光谱概述 ● 核磁共振(NMR)光谱：实际也是一种吸收光谱 紫外-可见吸收光谱：源于分子电子能级间的跃迁 红外吸收光谱：源于分子振动、转动能级间的跃迁 核磁共振(NMR)光谱：源于原子核能级间的跃迁 3

3 核磁共振（NMR）光谱 概述  核磁共振（NMR）光谱：实际也是一种吸收光谱 紫外-可见吸收光谱：源于分子电子能级间的跃迁 红外吸收光谱：源于分子振动、转动能级间的跃迁 核磁共振（NMR）光谱：源于原子核能级间的跃迁

核磁共振(NMR)光谱概述 核磁共振(NMR)光谱的测定依据： ①某些原子核在磁场中发生能量分裂、形成能级 ②用一定频率的电磁波对样品进行照射，就可使特定结构环 境中的原子核实现共振跃迁，在照射扫描中记录发生共振 时的信号位置与强度，就能得到NMR光谱 ③光谱上共振的信号位置反映样品分子的局部结构 ④光谱上共振的信号强度往往反应相关原子核在样品中的量 4

4 核磁共振（NMR）光谱 概述  核磁共振（NMR）光谱的测定依据： ① 某些原子核在磁场中发生能量分裂、形成能级 ② 用一定频率的电磁波对样品进行照射，就可使特定结构环 境中的原子核实现共振跃迁，在照射扫描中记录发生共振 时的信号位置与强度，就能得到NMR光谱 ③ 光谱上共振的信号位置反映样品分子的局部结构 ④ 光谱上共振的信号强度往往反应相关原子核在样品中的量

核磁共振(NMR)光谱概述 核磁共振(NMR)光谱的常用实验条件： ①磁场强度：1.4~14T ②照射电磁波：60-600MHz(射频区) 5

5 核磁共振（NMR）光谱 概述  核磁共振（NMR）光谱的常用实验条件： ① 磁场强度：1.4 ~ 14 T ② 照射电磁波：60-600 MHz （射频区）

核磁共振(NMR)光谱概述 核磁共振(NMR)光谱的测定对象： :原则上，凡是自旋量子数()不为零的原子核，都可以测 到NMR信号 测定氢核的称为氢谱(HNMR) 测定碳-13核的称为碳谱(13CNMR) 目前有实用价值的有：1H、13C、19F、29Si、15N、31P、 等 最常用的是：氢谱(1HNMR)、碳谱(13CNMR) 6

6 核磁共振（NMR）光谱 概述  核磁共振（NMR）光谱的测定对象：  原则上，凡是自旋量子数（I）不为零的原子核，都可以测 到NMR信号 测定氢核的称为氢谱（1H NMR) 测定碳-13核的称为碳谱（13C NMR)  目前有实用价值的有： 1H、 13C、 19F、 29Si、 15N、 31P、 等 最常用的是：氢谱（1H NMR)、碳谱（13C NMR)

核磁共振(NMR) 光谱概述 ● 核磁共振(NMR)光谱按样品形态可分为： >溶液NMR:测定溶解于溶剂中的溶质的分子结构 >固体NMR:测定固体状态样品 ● NMR新技术： >二维NMR >三维NMR >多维NMR ●00●·0 7

7 核磁共振（NMR）光谱 概述  核磁共振（NMR）光谱按样品形态可分为：  溶液NMR：测定溶解于溶剂中的溶质的分子结构  固体NMR：测定固体状态样品  NMR新技术：  二维NMR  三维NMR  多维NMR 

对NMR做出贡献的几个科学家 1.Wolfgang Pauli:1924年提出某些核有自旋性质， 在磁场中能级会分裂； 2.Isidor Isaac Rabi:1938年用共振方法记录原子核 磁特性，获得1944年诺贝尔物理奖； 3.Felix Blochi和Edward Mills Purcell将NMR应用到 固体和液体，获1952年诺贝尔物理奖。 4.R.R.Ernst因为在二维NMR、三维NMR、多维 NMR等方面的贡献，获得1991年诺贝尔化学奖 8

8 对NMR做出贡献的几个科学家 1. Wolfgang Pauli：1924年提出某些核有自旋性质， 在磁场中能级会分裂； 2. Isidor Isaac Rabi：1938年用共振方法记录原子核 磁特性，获得1944年诺贝尔物理奖； 3. Felix Bloch和Edward Mills Purcell将NMR应用到 固体和液体，获1952年诺贝尔物理奖。 4. R. R. Ernst因为在二维NMR、三维NMR、多维 NMR等方面的贡献，获得1991年诺贝尔化学奖

NMR的商品化 1.1953年，Varian公司生产出第一台高分辨的核磁共振波谱仪， 用于化学物质的结构解析； 2.上个世纪70年代，傅立叶变换核磁共振仪商品化。 3.目前有两类NMR仪器： ①CW-NMR连续波核磁共振仪：扫场/扫频；与吸收光谱 法仪器原理相似 ②FT-NMR傅立叶变换核磁共振仪 9

9 NMR的商品化 1. 1953年，Varian公司生产出第一台高分辨的核磁共振波谱仪， 用于化学物质的结构解析； 2. 上个世纪70年代，傅立叶变换核磁共振仪商品化。 3. 目前有两类NMR仪器： ① CW-NMR连续波核磁共振仪：扫场/扫频；与吸收光谱 法仪器原理相似 ② FT-NMR傅立叶变换核磁共振仪

一、NMR的基本原理 和电子一样，某些原子核也有自旋现象，因为具有一定的自旋角 动量 原子核的自旋 自旋一角动量P 自旋 磁矩μ 自旋质子产生的磁场 小磁棒产生的磁场 10

10 和电子一样，某些原子核也有自旋现象，因为具有一定的自旋角 动量  原子核的自旋 自旋——角动量 P N S 自旋质子产生的磁场 小磁棒产生的磁场 N S 自旋——磁矩 μ 一、NMR的基本原理