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第三章核磁共振光谱法

〔Nuclearmagneticresonancespectroscopy,NM

〕

UV：电子能级跃迁形成的；I：振动、转动能级跃迁形成的；

NM：用频率为兆赫〔MHz)的波长较长〔大于10cm〕的光，照射放在强磁

场下的原子核，使其核能级发生分裂，当原子核吸收的能量与核能级差

相等时，就会发生核能级的跃迁，从而形成NM光谱。

核磁共振的理论根底是核物理，核磁共振仪运用无线电技术和计算机技

术，可以直接提供样品中，处于不同化学环境中的某一种特定原子的原

子数目，及其相邻基团的结构信息。

难点：核磁共振的根本原理

重点：掌握识别NM谱图及运用谱图解析有机化合物结构的方法。

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第一节NM根本原理

一、原子核的磁性质

(一)、原子核的自旋

1、自旋运动

原子核是具有一定质量和体积的粒子，实验证明，大多数原子

核都围绕着某个轴自身作旋转运动，这种自身旋转运动称为原

子核的自旋运动。

2、自旋角动量

有机械的旋转就有角动量产生。原子核由于自旋产生的角动量

是一个矢量，其方向服从右手螺旋定那么，与自旋轴重合，见

右图：编辑ppt

I的变化是不连续的，只能取0、半整数、整数，而不能取其

它值。实践证明，I与原子质量数a、原子序数Z有以下关系：

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讨论:

(1)I=0的原子核16O；12C；32S等，无自

旋，没有磁矩，不产生共振吸收

(2)I=1或I0的原子核

214

I=1：H，N

11357981

I=3/2：B，Cl，Br，Br

17127

I=5/2：O，I

这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分

不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；

1131931

(3)Ｉ＝1/2的原子核H，C，F，P

原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自

113

旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，H，C也

是有机化合物的主要组成元素。

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本章只讲HNMR。

(二)、原子核的磁距

原子核是带正电荷的粒子，当它围绕自旋轴运动时，电荷

也围绕自旋轴旋转，产生循环电流，从而产生磁场，这种

磁性质一般用磁距μ表示。磁距的方向沿自旋轴，大小与

角动量P成正比。

核磁矩μ＝rP

r＝μ/P

r：旋磁比，不同的核有不同的r值，

可以作为描述原子核特性的参数。

自旋量子数〔I〕

不为零的核都具有磁矩

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(三)、原子核的自旋取向和能量

无外加磁场，原子核的自旋取向是任意的；

有外加磁场，原子核就会相对于外加磁场发生自旋取向。

按照量子力学理论，原子核的自旋取向数＝2I＋1

1

例如：H核的I＝1/2，在外加磁场中，其自旋取向数＝2

第一种取向：磁距与外加磁场H方向一致；

0

第二种取向：磁距与外加磁场H方向相反。

0

两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’和125°36’

原子核在磁场中的每一种取向，都代表了原子核某一特定能级，并可用一

个磁量子数m表示，m的取值为I、I-1、I-2、……-I，共2I＋