核磁共振波谱名词解释
核磁共振波谱法详解
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• 以有机溶剂溶解样品时，常用四甲基硅烷（TMS）为标准物； • 以重水为溶剂溶解试样时，可采用4，4-二甲基-4-硅代戊磺酸钠
↗
核一定 ( 一定)，H0↗，
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↗
1H的 2.67519 108T -1 S-1
H0 = 1.4092 T (Tesla) 1T = 104 高斯（Gauss）
则 2.67519 108 1.4092 60MHz 2
13C的 6.72615 107T -1 S-1
15.1MHz
如:
H C 13
6
1 1
19 9
F
I 1 的核为主要研究对象。
2
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⑶ 偶-奇核
质量数为偶数，电荷数为奇数的核。
I = 1，2，3…（整数）
D 如： 2 1
14 7
N
也有自旋现象，但研究较少。
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2．核磁矩( )
原子核有自旋现象，因而有自旋角动量：
P h I (I 1) 2π
每一相邻水平台阶高度则取决于引起该吸收的氢核数目。
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例14-3 计算图14-17中a、b、c、d各峰的氢核数目。
图14－17 C4H7BrO2的1H-NMR图谱
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测量各峰的积分高度，a为1.6cm，b为 1.0cm，c为0.5cm，d为0.6cm。
氢分布可采用下面两种方法求出。
核磁共振波谱法
) B′ = Bo −σBo = Bo (1 −σ
去屏蔽区， 去屏蔽区，低场
屏蔽区， 屏蔽区，高场
去屏蔽区， 去屏蔽区，低场
16
自旋－ 自旋－自旋裂分
将质子看作一个 自旋的小磁体
两峰之间的距离称为偶合常数J（单位 ），一般在1－ ），一般在 两峰之间的距离称为偶合常数 （单位Hz），一般在 －20Hz之 之 不随外加磁场强度的变化而改变。 间。不随外加磁场强度的变化而改变。 若核磁共振图谱中的两峰之间的距离随Bo改变而改变， 若核磁共振图谱中的两峰之间的距离随 改变而改变，则可判 改变而改变 定它们是由两个化学位移不同的核给出的信号；若不随Bo改变 改变， 定它们是由两个化学位移不同的核给出的信号；若不随 改变， 则是由自旋－自旋偶合裂分造成的。 则是由自旋－自旋偶合裂分造成的。
7
核的进动频率 Larmor进动 进动——在外加磁场 进动 在外加磁场 中的原子核， 中的原子核 ， 本身自旋产生 的磁场将与外加磁场相互作 结果使核除自旋以外， 用 ， 结果使核除自旋以外 ， 还存在一个以外加磁场为轴 线的回旋运动 。
ωo = 2 πν =γBo o
γ Bo νo = 2π
E = −μcosθBo = −μz Bo ·
核磁共振波谱法 (nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR) 核磁共振波谱法： 核磁共振波谱法：研究处于强磁场中的具有磁性质
核磁波谱解析
核磁波谱解析一、核磁共振原理核磁共振（NMR）是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
在磁场中，原子核发生能级分裂，当吸收的能量等于分裂的两个能级差时，原子核就从低能级跃迁到高能级，这种现象称为核磁共振。
二、核磁共振仪器核磁共振仪器由磁体、射频脉冲发生器、射频接收器、数据处理系统和谱图记录仪组成。
其中，磁体是产生磁场的核心部件，一般采用超导磁体。
射频脉冲发生器和接收器负责产生和接收射频脉冲，同时对样品进行激励和解激。
数据处理系统则是对采集到的数据进行处理和分析的关键设备。
三、脉冲序列设计脉冲序列是控制射频脉冲的时序，用于激发样品中的原子核发生共振。
脉冲序列设计需要考虑多个因素，如脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲相位等。
合理的脉冲序列设计可以提高谱图的分辨率和灵敏度。
四、谱峰解析与化合物鉴定谱峰解析是通过对比已知的化学位移和耦合常数等信息，对未知样品中的化学组分进行鉴定。
化合物鉴定的基本步骤包括：对未知化合物的谱图进行预处理；通过对比标准谱图数据库或计算预测等方法确定化学位移和耦合常数；利用化学位移和耦合常数等信息对未知化合物进行结构鉴定。
五、定量分析方法定量分析是通过测量谱图中信号强度来确定样品中各组分的含量。
在定量分析中，需要先对样品进行标样处理，即加入已知量的标准品，然后在同一条件下进行测量，通过对比标准品和未知样品的信号强度来确定未知样品中各组分的含量。
六、谱图解析技巧谱图解析需要掌握一定的技巧和方法。
首先，要了解各种不同类型的谱图的特点和适用范围；其次，要掌握谱图解析的基本步骤和技巧，如先观察谱图的基线、各峰的形状、强度等信息，再结合样品的性质和来源进行分析；此外，还需要了解各种干扰因素对谱图的影响，如噪音、溶剂干扰等。
七、复杂谱图解析实例复杂谱图解析需要结合实际例子进行分析。
例如，对于一个未知化合物的复杂谱图，可以通过对比标准谱图数据库或计算预测等方法确定化学位移和耦合常数等信息，再利用这些信息对未知化合物进行结构鉴定。
核磁共振波谱法详细解析
递给邻近低能态同类磁性核的过程
.
21
*2. 共振吸收条件
1)h0 Eh2 H 0h ν0＝ν
➢ 即照射的无线电波的频率必须等于核进动频率， 才能发生核自旋能级跃迁。
➢ 实现核磁共振就是改变照射频率或磁场强度。
例：氢(1H)核：H0=1.4092T, ν=60MHz，吸收
ν0=60MHz无线电波，核磁矩由顺磁场 (m=1/2)跃
TMS 60MHz
10 9.0
（低场）
8.0 7.0
6.0 5.0
ν0 固定
4.0 3.0 2.0
1.0 0ppm (δ)
（高场）
✓ 左端为低场高频，右端为高场低频
.
26
二、化学位移
1. 定义：由于屏蔽效应的存在，不同化学环境 H
核共振频率不同
2. 表示方法
样 标 16 0 16,0＝ H 样 H 标 160
（二）原子核的共振吸收
1. 进动
z
Larmor 方程：
2
H0
θ
0 陀螺的进动
➢ ①外加磁场H0↑, ↑
➢ ② ↑, ↑
.
原子核
原子核的进动
17
共振吸收与弛豫
.
18
②m=1, 跃迁只能发生在两个相邻能级间
I1核 I 1核 mI mI12m12（低能12核 12,12 核 m,m=+m=-1对0m与m于212I1,之m（高能1的对 m间核发12、生12m，于 112,不20,12能I1,跃发,迁生1m与只在-11能之的 在1间与0 核12 、m1,0,1,跃迁只能在 1 对对于于 态I ）I11的 1的 态0核 与 ）核、m、 1之 m1间,10,,0发 ,1,生 1跃 ,跃， 迁迁不 只只能 能能发 在 1与 在 1与 生 10与0在-1之 0与 0与1之 1之间间发发生生，，不不能能发发生 1与 生 1与 在-在 1-之1之间间
磁共振波谱
磁共振波谱(MR Spectroscopy，MRS) 是医学影像学近年来发展的新的检查手段，作为一种无创伤性研究活体器官组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，随着MRI、MRS装置不断改进，软件开发及临床研究的不断深入，人们通过MRS对各种疾病的生化代谢的认识将不断提高，为临床的诊断、鉴别、分期、治疗和预后提供更多有重要价值的信息。
1H MRS可对神经元的丢失、神经胶质增生进行定量分析，31P磁共振波谱可对心肌梗塞能量代谢变化进行评价。
MRS以分子水平了解人体生理上的变化，从而对疾病的早期诊断、预后及鉴别诊断、疗效追踪等方面，做出更明确的结论。
本文从MRS波谱成像的基本原理和序列设计方面简要作一介绍。
在理想均匀的磁场中，同一种质子(如1H)理论上应具有相同的共振频率。
事实上，当频率测量精度非常高时会发现，即使同一种核处在相同磁场中，它们的共振频率也不完全相同，而是在一个有限的频率范围内。
这是由于原子核外的电子对原子核有磁屏蔽作用，它使作用于原子核的磁场强度小于外加磁场的强度，其屏蔽作用大小用屏蔽系数s来表示，被这种屏蔽作用削弱掉的磁场为sB，与外加磁场方向相反。
外加磁场越强sB越大，原子核实际感受到的磁场强度与外加磁场强度之差越大。
此外，s还与核的特性和化学环境有关。
核的化学环境指核所在的分子结构，同一种核处在不同的分子中，甚至在同一分子的不同位置或不同的原子基团中，它周围的电子数和电子的分布将有所不同。
因而，受到电子的磁屏蔽作用的程度不同，如图1所示。
考虑到电子的磁屏蔽作用，决定共振频率的拉莫方程应表示为:w=gBeff=gB0(1-s)由上式可知，在相同外加磁场作用下，样品中有不同化学环境的同一种核，由于它们受磁屏蔽的程度(s的大小)不同，它们将具有不同的共振频率。
如在MRS中，水、NAA(N-乙酰天门冬氨酸)、Cr(肌酸)、Cho(胆碱)、脂肪的共振峰位置不同，这种现象就称为化学位移(Chemical Shift)。
核磁共振波谱
核磁共振波谱核磁共振波谱法是吸收光谱的一种，用适宜的频率的电磁波照射置于强磁场下的原子核（使其能级发生分裂）。
当核吸收的能量与核能级差相等时，就会发生核能级的跃迁，同时产生核磁共振信号，从而得到一种吸收光谱的核磁共振波谱，以这种原理建立的方法称核磁共振波谱法核磁共振波谱中最常用的氢谱将提供：1. 分子中不同种类氢原子有关化学环境的信息2. 不同环境下氢原子的数目3. 每个氢原子相邻的基团的结构当ms≠0时，原子核的自旋运动有NMR讯号。
2.核磁共振如果以射频照射处于外磁场H0 中的核,且照射频率υ恰好满足下列关系时hυ= △E 或υ= (γ /2π)B0处于低能级的核将吸收射频能量而跃迁至高能级, 这种现象称为核磁共振现象。
1H 的核磁共振（1H NMR）a. 无外加磁场，H0=0时，两自旋态的能量相同ms=±1/2。
b. 有外加磁场，H0≠0，两自旋态的能量不同：1H 自旋产生的磁矩与H0同向平行，为低能态；1H 自旋产生的磁矩与H0反向平行，为高能态。
两能级之差：ΔE=γhH0/2πc. 核磁共振的条件：E射=△E，即：hυ射= γhH0/2π3. 弛豫过程高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予环境或其它低能态的核，这个过程称为“弛豫”前者称为纵向弛豫，也称“自旋--晶格子弛豫” T1后者称为横向弛豫，也称“自旋---自旋弛豫” T2NMR波谱仪按照磁体分类，可分为：永久磁体，电磁体和超导磁体。
三、化学位移1.化学位移的产生在外磁场作用下,核外电子会产生环电流,并感应产生一个与外磁场方向相反的对抗磁场，这种对抗磁场的作用被称为电子屏蔽效应。
σ与核外的电子密度及所处的化学环境有关, 电子云密度越大, 屏蔽程度越大, σ值也越大, 我们把在一定照射频率下，处于不同化学环境的有机化合物中不同质子, 产生NMR的磁场强度不同的现象称为“化学位移”。
δ的单位为ppm，以此得到的化学位移与仪器条件无关。
核磁共振波谱
1:3:3:1 1:1
ii) 某组化学等价的氢核，分别与n个和m个磁 不等价的氢核（或I=1/2的核）偶合, 则裂分为 (n+1)(m+1)个峰
Hb Ha Hc Hb C C C Br
Hb Ha Hc
Jba Jca
Jca Jba
3.磁各向异性效应
双键的π电子产生诱导 磁场，与外磁场方向一 致，共平面的质子处于 去屏蔽区，δ增大。
叁键π电子产生诱导磁场，形 成的π电子环流导致共平面的 H处于屏蔽区，δ比乙烯中的 H小。
苯环上的6个电子分子平面的 上下方，产生较强的诱导磁场， 形成的π电子环流导致苯环上 的H处于去屏蔽区，δ增大。
H=（1- ）H0
2(1)H0
：屏蔽常数 屏蔽效应越大, 越大。
化学位移: 由屏蔽作用引起的核磁共振吸收位置 (磁场强度或共振频率)的移动。
2 化学位移的表示方法
H0样 品 H0标 准 106
H0标 准
样品标准106 标 准
没有完全裸露的氢核，没有绝对的标准
氢谱的标准物质
CH3
H3C Si CH3
共同点都是吸收光谱
吸收 能量
跃迁 类型
紫外-可见
紫外可见光 200~750n
m
红外
红外光 750nm~100
0m
核磁共振
无线电波 1~100m波长最 长，能量最小,不 能发生电子振动 转动能级跃迁
电子能级跃 振动能级跃 自旋原子核发生
迁
迁
能级跃迁
13.1核磁共振基本原理
13.1.1 原子核的自旋和磁矩
讨论
在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其 结构（化学环境）有关。
波谱解析名词解释
1.强带:吸光系数大于10000的吸收峰2.弱带：吸光系数小于1000的吸收峰3.发色团：分子结构中含有π电子的基团4.助色团：含有非成键n电子的杂原子饱和基团，其本身在紫外可见光吸收范围内不产生吸收，但当它们与生色团或饱和烃相连时，能使该生色团的吸收峰红移，并使吸收强度增加的基团。
5.红移：亦称长移。
由于化合物结构的改变，如发生共轭作用，引入助色团以及溶剂改变等，使吸收峰向长波方向移动。
6.蓝移：亦称短移。
当化合物结构改变时或受溶剂影响，吸收峰向短波方向移动。
7.增色效应：浓色效应。
由于化合物结构改变或其他原因吸收强度增加。
8.减色效应：淡色效应。
由于化合物结构改变或其他原因吸收强度减弱。
9.B带：苯环的π-π跃迁所产生的吸收带，是芳香族化合物的特征吸收。
出现区域为230-270nm,吸光系数约为220，中心在258nm. 10.E带：苯环烯键π电子π-π跃迁所产生的吸收带。
E1带吸收峰出现在184nm,强吸收，E2带为共轭烯键π-π跃迁所产生的吸收带，吸收峰出现在203nm.中等强度。
11.波长极限：紫外中使用溶剂时的最低波长限度，低于此波长，溶剂有吸收。
1.基频峰：从基态跃迁到第一激发态时所引起的吸收峰。
2.倍频峰：从基态直接跃迁到第二激发态时所引起的吸收峰。
3.红外光谱中峰数少于基本振动数目的原因：（1）振动过程不发生瞬间偶极矩变化；（2）频率相同，互相兼并；（3）强峰覆盖弱峰；（4）吸收峰落在中红外区外（4000-400）；（5）峰强太弱，无法测定。
4.振动耦合：当两个相同的基团在分子中靠的很近，其相应的特征吸收峰常发生裂分，形成两个峰，这种现象叫做振动耦合。
5.费米共振：当倍频峰（或组频峰）位于某强的基频峰附近时，倍频峰的吸收强度常被大大强化（或发生峰带裂分），这种倍频与基频之间发生的振动耦合称为费米共振。
三、核磁共振1.饱和：低能级核全部向高能级跃迁，不再吸收能量，核磁共振信号逐渐衰退，直至完全消失，这种状态叫做饱和。
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核磁共振波谱名词解释
1. 核磁共振(NMR): 一种物理现象，即在磁场中，原子核会有
不同的能量级别，通过吸收或发射电磁辐射来跃迁能级，产生一定频率的共振信号。
2. 化学位移(chemical shift): 核磁共振信号的频率与一定标准物
质（如四氢噻吩）产生的信号频率之差，用单位为ppm的化
学位移表示。
3. 异位体(metabolite): 生物体内的化合物，通常参与代谢反应，例如葡萄糖、乳酸等。
4. 预处理(pre-processing): 对核磁共振波谱数据进行峰识别、
基线校正、峰对齐等处理，以减少数据偏差和噪声干扰。
5. 多维核磁共振(NMR): 除了化学位移之外，另外加入了偏转
角度、自旋耦合等信息，通过多维波谱图展示，提高了化合物结构的精度。
6. 自旋耦合(spin coupling): 不同原子核之间相互作用而导致的
信号频率拆分现象，通常用杨-米尔斯耦合模型（J-coupling）
描述。
7. 核磁共振成像(NMRI): 借助核磁共振信号探测物体内部结构
信息，通过对不同位置的信号强度进行重构，得到体内成像。