核磁共振氢谱
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I 0的自旋核，磁矩的取向不是任意的，而
是量子化的，共有（2I + 1）种取向。可用磁量
子数m表示：m：I，I-1，，-I+1，-I I = 1/2的自旋核，共有2种取向 （+1/2，-1/2）
I = 1的自旋核，共有3种取向
（+1，0， -1）
z
z
z
B0
m = +1/2
m =+1 m =
频率为1，在B1的作用下，会产生一个与 自旋核旋进方向相同的回旋频率1
B0
RF B1
当1 = 0时，核就会吸收能量， 由低能态（+1/2）跃迁至高能态（-
1/2），这种现象称核磁共振。
共振吸收频率
=
同一种核，
例如 对于1H
1 2
· B0
=常数， ∝B0
B0=1.41TG =60MHz, B0=2.35TG =100MHz
B0一定时，不同的核，不同，不同。
例如：B0 =4.7TG时，下列核的共振频率：
1H 13C 19F 31P
Υ=26.752(107 rad./s.T), 200MHz Υ=6.728 (107 rad./s.T), 50.3MHz Υ=25.181(107 rad./s.T), 188.2MHz Υ=10.841(107 rad./s.T),
25Mg
12
27Al
13
55Mn
25
67Zn
30
…
I=1: I=2:
I=3: I=0:
2H
1
6Li
3
14N
7
58Co 10B
27
5 16O 32S
12C
6
8
16
I0的原子核都具有自旋现象 产生磁矩（ ），
与自旋角动量P有关。
P = =
h 2
I ( I 1)
· P
I值不同，原子核表面电荷分布情况不同，可用电 四极矩eQ来衡量, eQ是核表面电荷偏离球体的物理量 度.
核电荷非均匀分布 , 扁椭球自转
37Cl ，7Li 体， 0 。如 17 3
电荷均匀分布于原子核表面（I = 于核磁共振检测。
eQ = 0）的核，核磁共振的谱线窄，有利
1 2
,
电荷非均匀分布于原子核表面 （ I> 1 ,eQ
2
0 ）的核，都具有特有的弛
豫机制（ Relaxation ） , 导致核磁共振
B0 回旋轴
B0
核磁距 回旋轴 自旋轴
自旋轴 核磁距
I = 1/2
I =1/2
（经典力学分析，自旋核在 B0 中就象一个
旋转的陀螺在地心场中。）
进动的频率
= 20 = · B0
0 =
1 · B 2 0
0 ∝ B0
核磁共振
若在垂直于B0的方向加射频场B1，其
I= 1, 2…
I=0
I=1/2:
1H
1
13C
6
15N
7
19F
9
31P
来自百度文库
15
57Fe
26
77Se
34
195Pt
78
199Hg
80
…
33S
I=3/2:
7Li
39K
3
9Be
4
11B
5
23Na
11
16
19
63Cu 81Br
29
65Cu
29
35Cl
17
37Cl
17
79Br
35
35
...
I=5/2:
17O
8
量子力学选律可知，只有m = 1的
跃迁，才是允许跃迁，所以相邻两能级之
间的能量差：
E = E 2 – E 1 E = =
h - · · m 2 h · 2
· B0
· B0
E ∝ B 0
E
E1
E2 B0
磁诱导产生自旋核的能级裂分
E = h
h h = · · B0 2
, eQ = 0:
核电荷均匀分布于球体表面，
球形自转体,
0
I = 1/2 eQ =0
I > 1/2 eQ > 0
I > 1/2 eQ < 0
1 I> 2 核电荷在原子核表面呈非均匀分布
eQ > 0
14N 7
核电荷非均匀分布，长椭球自转
2H , 体， 0 。 如 1
eQ < 0
的谱线加宽，不利于核磁共振检测。
二、核磁共振
磁矩的取向 I 0的自旋核，具有一定的角动量 P, ( P =
h 2
I ( I 1) ), 核 自 旋 产 生 磁 矩
( = · P )。 自旋核的取向，即磁矩 的取向。 无外磁场（B0）时，磁矩 的取向是任意
的。
在B0中
(T=104高斯)
81MHz
188.2MHz
H-1 F-19
81MHz 50.3MHz
P-31 C-13
200MHz
100MHz
0MHz
产生NMR条件
（1） I 0的自旋核 （2） 外磁场B0 （3） 与B0相互垂直的射频场B1， 且 1 = 0
m = m = m = m = 1
m = 1/2
m = 1
m = 2 I=2
I = 1/2
I=1
在B0中：
自旋角动量在Z轴（B0轴）上的投影：
PZ =
h 2
m
h · 2
磁矩在Z轴（B0轴）上的投影：
Z = · PZ =
m
磁矩与磁场相互作用能E： h E = -Z· B0=- · m · B0 2
= · B0 2
自旋核在B0场中的进动
I 0的自旋核, 绕自旋轴旋转(自旋轴
的方向与 一致)，自旋轴又与 B0场保持一
角，绕 B0 场进动（ Precess ） , 或称 Larmor 进
动。这是由于 B0对 有一个扭力， 与B0平
行，旋转又产生离心力，平衡时保持 不变。
核磁共振氢谱
(1H Nuclear Magnetic Resonance
Spectra,1H NMR)
核磁共振基本原理
核磁共振仪 化学位移 影响化学位移的因素 自旋偶合与裂分
偶合常数与分子结构的关系
常见的自旋系统
H-1 NMR解析及其应用
第一节 核磁共振基本原理
核自旋, 核磁矩 核磁共振
电偶极矩：
电量相等而符号相反的两个点电荷相距很小距离时,
就构成电偶极矩。
电四极矩：
两个大小相等、方向相反的电偶极矩相距很近时, 构成电四极矩。 电四极矩公式： Q = 2/5 z (b2-a2)
原子核的电四极矩
I = 0,
eQ = 0:
核电荷均匀分布于球体表面，
球形非自转体, = 0。
I
1 = 2
核弛豫
一、核自旋和核磁矩
原子核是带正电的微粒（由质子 +中子组成），大 多数原子核都具有自旋现象。 核的自旋现象，用自旋量子数I表示，I值与原子核 的质量A和核电荷数（质子数或原子序数）Z有关。
质量（A） 奇 偶 偶 原子序数（Z） 奇或偶 奇 偶 I 半整数 整数 0 I=1/2,3/2,5/2…
是量子化的，共有（2I + 1）种取向。可用磁量
子数m表示：m：I，I-1，，-I+1，-I I = 1/2的自旋核，共有2种取向 （+1/2，-1/2）
I = 1的自旋核，共有3种取向
（+1，0， -1）
z
z
z
B0
m = +1/2
m =+1 m =
频率为1，在B1的作用下，会产生一个与 自旋核旋进方向相同的回旋频率1
B0
RF B1
当1 = 0时，核就会吸收能量， 由低能态（+1/2）跃迁至高能态（-
1/2），这种现象称核磁共振。
共振吸收频率
=
同一种核，
例如 对于1H
1 2
· B0
=常数， ∝B0
B0=1.41TG =60MHz, B0=2.35TG =100MHz
B0一定时，不同的核，不同，不同。
例如：B0 =4.7TG时，下列核的共振频率：
1H 13C 19F 31P
Υ=26.752(107 rad./s.T), 200MHz Υ=6.728 (107 rad./s.T), 50.3MHz Υ=25.181(107 rad./s.T), 188.2MHz Υ=10.841(107 rad./s.T),
25Mg
12
27Al
13
55Mn
25
67Zn
30
…
I=1: I=2:
I=3: I=0:
2H
1
6Li
3
14N
7
58Co 10B
27
5 16O 32S
12C
6
8
16
I0的原子核都具有自旋现象 产生磁矩（ ），
与自旋角动量P有关。
P = =
h 2
I ( I 1)
· P
I值不同，原子核表面电荷分布情况不同，可用电 四极矩eQ来衡量, eQ是核表面电荷偏离球体的物理量 度.
核电荷非均匀分布 , 扁椭球自转
37Cl ，7Li 体， 0 。如 17 3
电荷均匀分布于原子核表面（I = 于核磁共振检测。
eQ = 0）的核，核磁共振的谱线窄，有利
1 2
,
电荷非均匀分布于原子核表面 （ I> 1 ,eQ
2
0 ）的核，都具有特有的弛
豫机制（ Relaxation ） , 导致核磁共振
B0 回旋轴
B0
核磁距 回旋轴 自旋轴
自旋轴 核磁距
I = 1/2
I =1/2
（经典力学分析，自旋核在 B0 中就象一个
旋转的陀螺在地心场中。）
进动的频率
= 20 = · B0
0 =
1 · B 2 0
0 ∝ B0
核磁共振
若在垂直于B0的方向加射频场B1，其
I= 1, 2…
I=0
I=1/2:
1H
1
13C
6
15N
7
19F
9
31P
来自百度文库
15
57Fe
26
77Se
34
195Pt
78
199Hg
80
…
33S
I=3/2:
7Li
39K
3
9Be
4
11B
5
23Na
11
16
19
63Cu 81Br
29
65Cu
29
35Cl
17
37Cl
17
79Br
35
35
...
I=5/2:
17O
8
量子力学选律可知，只有m = 1的
跃迁，才是允许跃迁，所以相邻两能级之
间的能量差：
E = E 2 – E 1 E = =
h - · · m 2 h · 2
· B0
· B0
E ∝ B 0
E
E1
E2 B0
磁诱导产生自旋核的能级裂分
E = h
h h = · · B0 2
, eQ = 0:
核电荷均匀分布于球体表面，
球形自转体,
0
I = 1/2 eQ =0
I > 1/2 eQ > 0
I > 1/2 eQ < 0
1 I> 2 核电荷在原子核表面呈非均匀分布
eQ > 0
14N 7
核电荷非均匀分布，长椭球自转
2H , 体， 0 。 如 1
eQ < 0
的谱线加宽，不利于核磁共振检测。
二、核磁共振
磁矩的取向 I 0的自旋核，具有一定的角动量 P, ( P =
h 2
I ( I 1) ), 核 自 旋 产 生 磁 矩
( = · P )。 自旋核的取向，即磁矩 的取向。 无外磁场（B0）时，磁矩 的取向是任意
的。
在B0中
(T=104高斯)
81MHz
188.2MHz
H-1 F-19
81MHz 50.3MHz
P-31 C-13
200MHz
100MHz
0MHz
产生NMR条件
（1） I 0的自旋核 （2） 外磁场B0 （3） 与B0相互垂直的射频场B1， 且 1 = 0
m = m = m = m = 1
m = 1/2
m = 1
m = 2 I=2
I = 1/2
I=1
在B0中：
自旋角动量在Z轴（B0轴）上的投影：
PZ =
h 2
m
h · 2
磁矩在Z轴（B0轴）上的投影：
Z = · PZ =
m
磁矩与磁场相互作用能E： h E = -Z· B0=- · m · B0 2
= · B0 2
自旋核在B0场中的进动
I 0的自旋核, 绕自旋轴旋转(自旋轴
的方向与 一致)，自旋轴又与 B0场保持一
角，绕 B0 场进动（ Precess ） , 或称 Larmor 进
动。这是由于 B0对 有一个扭力， 与B0平
行，旋转又产生离心力，平衡时保持 不变。
核磁共振氢谱
(1H Nuclear Magnetic Resonance
Spectra,1H NMR)
核磁共振基本原理
核磁共振仪 化学位移 影响化学位移的因素 自旋偶合与裂分
偶合常数与分子结构的关系
常见的自旋系统
H-1 NMR解析及其应用
第一节 核磁共振基本原理
核自旋, 核磁矩 核磁共振
电偶极矩：
电量相等而符号相反的两个点电荷相距很小距离时,
就构成电偶极矩。
电四极矩：
两个大小相等、方向相反的电偶极矩相距很近时, 构成电四极矩。 电四极矩公式： Q = 2/5 z (b2-a2)
原子核的电四极矩
I = 0,
eQ = 0:
核电荷均匀分布于球体表面，
球形非自转体, = 0。
I
1 = 2
核弛豫
一、核自旋和核磁矩
原子核是带正电的微粒（由质子 +中子组成），大 多数原子核都具有自旋现象。 核的自旋现象，用自旋量子数I表示，I值与原子核 的质量A和核电荷数（质子数或原子序数）Z有关。
质量（A） 奇 偶 偶 原子序数（Z） 奇或偶 奇 偶 I 半整数 整数 0 I=1/2,3/2,5/2…