核磁共振和质谱分析解析
核磁共振与质谱联用技术
核磁共振与质谱联用技术核磁共振与质谱联用技术是一种重要的分析化学技术，广泛应用于物质的定性和定量分析。
它结合了核磁共振（NMR）和质谱（MS）两种技术的优点，为科研和工业领域提供了强大的分析手段。
一、核磁共振（NMR）核磁共振是一种研究原子核内部结构及其与环境相互作用的方法。
在核磁共振光谱中，样品中的原子核在外加磁场中发生共振，产生特定的频率信号。
这些信号与原子核的化学环境有关，通过观察信号的强度、频率和耦合常数等参数，可以得到有关样品分子结构、动力学和电子状态等信息。
二、质谱（MS）质谱是一种基于质量分析的离子化技术。
样品经过离子化后，生成带电粒子（离子）。
这些离子在电磁场中受到力的作用，根据其质量-电荷比（m/z）的不同，发生偏转。
通过检测离子的数量和强度，可以得到样品的质谱图。
质谱图提供了有关样品分子质量、结构和组成等信息。
三、核磁共振与质谱联用技术（NMR-MS）核磁共振与质谱联用技术将核磁共振和质谱两种技术的优点结合起来，实现了对样品分子结构和质量的同时分析。
通过将质谱离子化后的离子引入核磁共振谱仪中，可以得到样品的核磁共振谱。
这样，不仅可以得到样品的结构信息，还可以确定样品的质量和组成。
核磁共振与质谱联用技术在化学、生物化学、环境科学、药物分析等领域有着广泛的应用。
它为科研和工业领域提供了一种高效、快速的定性和定量分析手段，有助于解决许多复杂样品分析难题。
习题及方法：1.习题：核磁共振与质谱联用技术在哪些领域有广泛应用？解题方法：回顾核磁共振与质谱联用技术的特点和优势，结合课本和教材中提到的实例，列出其在不同领域的应用。
答案：核磁共振与质谱联用技术在化学、生物化学、环境科学、药物分析等领域有广泛应用。
例如，在化学领域，可以用于研究有机化合物的结构和动力学；在生物化学领域，可以用于分析蛋白质和核酸的结构和功能；在环境科学领域，可以用于检测和分析污染物；在药物分析领域，可以用于药物成分的定性和定量分析。
蛋白质质谱和核磁共振的高清结构解析
蛋白质质谱和核磁共振的高清结构解析蛋白质是生命体中非常重要的一个分子。
它们可以作为酶催化许多重要反应，也可以作为信使调节细胞的许多行为。
了解蛋白质的高清结构对于我们理解生命的基本过程是非常重要的。
核磁共振和蛋白质质谱是两种重要的技术，它们可以用来解析蛋白质的高清结构。
蛋白质质谱是一种能够测定蛋白质分子量和结构信息的技术。
它采用质谱仪对蛋白质进行分析，可以快速、准确地得出一个蛋白质的蛋白质质量，这是蛋白质研究的一个最基本的指标。
蛋白质质谱还可以提供一些关于蛋白质结构的信息，如氨基酸序列、修饰和折叠状态等。
蛋白质质谱的性质不仅仅在于它可以测定蛋白质的分子量，而且还可以通过质谱分析，了解蛋白质的构成成分和结构信息。
这样的信息对于研究蛋白质在细胞中的作用和功能是非常重要的。
同时，蛋白质质谱还可以对蛋白质的折叠过程和交互作用进行研究和探究。
然而，蛋白质质谱的分析结果仍然有一定的局限性，因为它无法提供蛋白质的高清结构信息。
而核磁共振（NMR）可以提供高清晰度的结构信息，这是蛋白质研究中的另一个非常重要的技术。
核磁共振是一种利用磁场和电磁波等物理现象来探测物质中核自旋的技术。
在蛋白质研究中，核磁共振可以使用蛋白质溶液，通过对其施加高周波磁场，来读取蛋白质的自旋信号。
这样的信号可以用来推断蛋白质在三维空间中的位置关系，从而得到蛋白质高清结构信息。
核磁共振可以通过多种方式分析蛋白质的高清结构。
其中，最常用的是二维和三维核磁共振谱图。
这些谱图可以为科学家提供有关蛋白质结构和内部动力学的信息。
然而，核磁共振在脸型样品、样品纯度不高和不均匀标记等方面会有一定的局限性。
因此，对于某些蛋白质，需要结合蛋白质质谱和核磁共振等多种技术来综合解析其高清结构。
总之，蛋白质质谱和核磁共振是两种非常重要的技术，它们可以用于解析蛋白质的高清结构。
虽然它们各自有一定的局限性，但在结合使用时会有很好的补充效果。
这些技术在蛋白质研究中发挥着非常重要的作用，促进了人们对于生物分子行为和功能的理解。
核磁共振和质谱解读
讨论:
(1) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个2的原子核
如1H，13C
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀 螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主 要对象，C，H也是有机化合物的主要组成元素。
自旋量子数：
• I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球 体； • I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均 匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P 的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均 匀的自旋球体； • I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布 不均匀的自旋椭圆体。
NMR方法：
（1）在很强的外磁场中，某些磁 性原子核可以分裂成两个或更多 的量子化能级。 （2）用一个能量恰好等于分裂后相 邻能级差的电磁波照射，该核就可以 吸收此频率的波，发生能级跃迁，从 而产生 NMR 吸收。
17:08:35
NMR的形成
o P
I ≥1/2
P: 原子核的角动量
:
:
磁矩
磁旋比
B0
P
E= E2 － E1 = （h/2 ） B0
发生核磁共振时： E= h 0
共振频率 0 = （1/2 ） B0
17:08:35
总结：
（1）在相同 强度的外磁场下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。
例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ，13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的1/8 左右。
红外光谱、核磁和质谱解析方法
红外光谱解析方法1、分子式不饱和度的计算:Ω不饱和度就是分子结构中达到饱和所缺的一价原子的“对”数，N4、N3、N1分别为分子式中四价、三价及一价元素的数目 2、例4：计算黄酮化合物（C16H10O2）的不饱和度分子结构因为双键为9个。
环数为3，所以不饱和度为12。
例1 某无色或淡黄色液体，具有刺激味，沸点为145.5℃，分子式为C8H8，其红外光谱如图14-29，试判断其结构解：（1）Ω=（2+2×8-8）/2=5，可能有苯环（2）特征区第一强峰1500cm-1粗查：1500~1675cm-1，为νC=C振动区1500cm-1可能为苯环的骨架振动特征峰。
细找：按基团查附录、芳香烃类栏，根据该表所提供的数据找到未知的光谱上取代苯的五种相关峰。
①νФ-H3090、3060及3030cm-1②泛频峰2000-1667cm-1的峰形为单取代峰形③νC=C苯环骨架振动1600、1575、1500及1450cm-1共振环④δф-H1250-1000cm-1出现弱峰⑤γф-H 780及690cm-1（双峰）单取代苯（3）特征区第二强峰1630cm-1粗查：该峰可能起源于νC=C，因苯环已确定，故初步指认为烯烃。
细查：查附录一：（二）烯烃类栏，同样找到烯烃的四种相关峰。
①ν=CH3090、3060及3030cm-1②νC=C1630m-1③δ=CH1430-1290cm-1，出现中强峰④γ=CH990及905cm-1（双峰）落在单取代范围内第二强峰归属：乙烯基单取代。
未知物可能结构，苯乙烯。
4、查标准光谱与Sadtler光谱的81K苯乙烯的光谱完全一致。
结论：未知物为苯乙烯。
核磁共振氢谱的解析核磁共振谱能提供的参数主要是化学位移,原子核的裂分峰数,偶合常数以及各组峰的峰面积积分高度等.一、峰面积与氢核数目的关系（一）峰面积1.概念：在1H-NMR，各吸收峰覆盖的面积。
2.决定因素：峰面积与引起该吸收的氢核数目成正比。
有机化学基础知识点有机物的质谱和核磁共振谱
有机化学基础知识点有机物的质谱和核磁共振谱有机化学基础知识点 - 有机物的质谱和核磁共振谱一. 引言在有机化学领域中，质谱和核磁共振谱是两种重要的分析技术，它们可以提供有机物分子结构的丰富信息。
本文将详细介绍有机物的质谱和核磁共振谱的基本原理、仪器设备以及应用。
二. 有机物的质谱原理和方法1. 质谱的基本原理质谱是通过测量有机物分子中离子的质量和相对丰度来分析有机物的技术。
其基本原理为：（1）电离：将有机物分子转化为带电粒子，一般使用电子轰击、电子喷射等方法。
（2）分离：离子根据质量-电荷比在磁场中进行分离。
（3）检测：测量离子的质量和相对丰度。
2. 质谱仪器设备质谱的仪器设备主要由以下几个部分组成：（1）离子源：用于产生离子。
（2）质谱仪：包括质量分析器、检测器等。
（3）数据处理系统：用于采集和分析数据。
3. 质谱的应用质谱在有机化学中有广泛的应用，包括：（1）质谱图谱解析：通过分析质谱图谱，确定有机物的分子式、分子结构等信息。
（2）质谱定性分析：通过比较样品的质谱图谱与数据库中的标准质谱图，鉴定有机物的种类。
（3）质谱定量分析：通过测量质谱图谱中特定离子峰的强度，确定样品中有机物的含量。
三. 有机物的核磁共振（NMR）原理和方法1. 核磁共振的基本原理核磁共振是通过测量有机物分子中核自旋的行为来提供有机物分子结构信息的技术。
其基本原理为：（1）核自旋：原子核具有自旋，每种核素的自旋数是固定的。
（2）共振：核自旋在磁场中被激发，并在不同频率下共振吸收或发射能量。
（3）检测：测量吸收或发射能量的频率和强度。
2. 核磁共振仪器设备核磁共振的仪器设备主要由以下几个部分组成：（1）磁场系统：用于产生强磁场。
（2）射频系统：用于激发和检测核自旋的共振吸收或发射能量。
（3）探头：用于容纳样品和与样品进行相互作用。
3. 核磁共振的应用核磁共振在有机化学中有广泛的应用，包括：（1）1H核磁共振：通过测量样品中氢原子核的共振吸收能量，获得有机物的结构信息。
有机化合物的鉴定质谱法与核磁共振谱法的联用
有机化合物的鉴定质谱法与核磁共振谱法的联用有机化合物的鉴定一直是有机化学研究和应用中至关重要的一环。
为了准确快速地确定有机化合物的结构和成分，科学家们开发了许多实验方法。
本文将介绍有机化合物的鉴定质谱法与核磁共振谱法的联用，以及这种联用方法在化学研究中的应用。
质谱法是一种能够测量化合物的质量和分子结构的方法。
通过质谱仪，化学家们可以将有机化合物分解成离子，并记录下离子的质量谱图。
质谱图的峰位和相对强度可以提供有机化合物分子的质量和结构信息。
质谱法的优点在于快速、灵敏和高分辨率，能够对不同的有机化合物进行快速鉴定。
然而，质谱法也存在一些局限性。
例如，在质谱图中，分子的碳氢骨架信息无法直接获得，只能根据质谱图的衍射峰进行推测。
此外，质谱法对于化合物的可检测范围也有限。
而核磁共振谱法（NMR）是另一种常用于有机化合物鉴定的方法。
核磁共振谱法利用分子中原子核在磁场中的共振吸收行为来分析物质的结构和环境。
其中最常用的是氢核磁共振谱（1H-NMR）。
核磁共振谱法的优点在于能够提供化合物的细节信息，如亚基的数量、位置和相对位置，以及官能团的结构和位置。
通过对样品的波谱图进行解析，化学家们可以确定有机化合物的分子式、结构和立体构型。
核磁共振谱法也是有机化学研究中不可或缺的一种方法。
然而，核磁共振谱法也存在一些缺点。
首先，核磁共振谱的仪器设备成本较高，操作和维护也较为复杂。
其次，核磁共振谱法的灵敏度相对较低，需要高纯度的样品进行测量。
另外，复杂的有机化合物在核磁共振谱上产生的峰位数量较多，分析解读也较为繁琐。
为了克服质谱法和核磁共振谱法各自的缺点，化学家们开始尝试将两种方法联用。
质谱法和核磁共振谱法的联用能够充分发挥两种方法的优点，提高鉴定的准确性和可靠性。
在联合分析中，质谱法提供了有机化合物的分子式、分子量和分子结构信息，而核磁共振谱法则提供了有机化合物的详细结构信息，如官能团和立体构型。
联用质谱法和核磁共振谱法的应用非常广泛。
化学反应的核磁共振质谱红外光谱紫外光谱分析
化学反应的核磁共振质谱红外光谱紫外光谱分析在化学领域中，深入研究和理解化学反应是非常重要的。
为了对化学反应进行准确分析和识别，科学家们发展了多种分析技术，其中包括核磁共振（NMR）谱、红外（IR）光谱和紫外-可见（UV-Vis）光谱。
这些分析技术为化学反应的研究提供了强大的工具，能够揭示分子结构、反应机理和化学键的性质等信息。
一、核磁共振（NMR）谱核磁共振谱是一种非常有用的技术，可以用来分析和确认化合物的结构。
它通过测量核自旋以及其与外部磁场交互作用的方式来工作。
核磁共振谱可以提供关于化合物中不同原子的化学环境和它们之间的化学键的信息。
核磁共振谱的基本原理是利用核自旋与外部磁场之间的相互作用。
化合物中的核自旋会受到外部磁场和射频脉冲的影响。
通过测量核自旋在不同磁场强度下的吸收和释放射频能量的频率，可以得到核磁共振谱。
核磁共振谱还可以提供关于化学反应动力学和速率常数的信息。
通过测量峰的强度和面积，可以计算反应物和产物之间的相对含量，从而确定反应的进程和速率。
二、红外（IR）光谱红外光谱是一种根据物质吸收和发射红外辐射的方式来分析和识别化合物的方法。
红外光谱可以提供关于化合物中的功能团和它们之间的化学键的信息。
红外光谱的基本原理是物质中的分子会吸收红外辐射的特定频率，这些频率对应着分子中化学键的振动模式。
每种功能团和化学键都有自己独特的红外频率，因此可以通过测量样品吸收红外辐射的频率来确定其化学组成和结构。
红外光谱可以用于确定化学反应的产物和中间体。
在化学反应中，原子和分子之间的共振频率可能会发生变化。
通过比较反应物和产物之间的红外光谱，可以确定化学反应的进行和物质转化。
三、紫外-可见（UV-Vis）光谱紫外-可见光谱是一种利用物质对紫外光和可见光的吸收和发射来分析和识别化合物的技术。
紫外-可见光谱可以提供关于分子能级、电子结构和吸收峰的信息。
紫外-可见光谱的基本原理是物质中的分子可以吸收具有特定能量的光子。
核磁共振和质谱
• 外加磁场强度有关，外加磁场越强，能级差越大。
• 在一定的磁场中（如H2中），若再用电磁波辐照磁场中处于低
能级的质子，当电磁波辐射的能量正好等于两个自旋的能级差时，
即：
hv =
E=
h
2 H
v = 2 H
• 处于低能态自旋的质子就会吸收能量跃迁到高能态，这种现象就 叫核磁共振。
hv =
E=
h
2
H
v = 2 H
导磁场(H诱)也与外磁场强度成正比。这样，在不同兆赫的仪器上 (如60MHz和100MHz)测得的化学位移值是不同的。
• 为了能使人们在不同兆赫的核磁共振仪上测试，得到相同的化学 位移值，常用值来表示化学位移。
• 值是样品和标准物质TMS的共振频率之差除以所用仪器的辐射
频率(v0)。由于其数值太小，所以再乘以106，单位用ppm表示。
• 序数或质量数为奇数的原子核自旋才能产生
S
• 核磁距。如1H、13C、15N、17O、19F、29Si、图12-1 质子自旋产生磁距 • 31P等。
• 因为组成有机化合物的主要元素是H和C，所以，在有机化学中， 研究最多、应用最广泛的是氢核（质子）核磁共振谱，简称1HNMR；所以，本章重点介绍1H-NMR的基本原理。
• 所谓核磁共振，是指具有核磁矩的原子核在外加磁场中，受电磁 辐射而发生核磁距能级跃迁所形成的吸收光谱。
• 我们知道，任何带电体自旋会产生磁砀，磁场具有方向性，可用
磁距()表示。
N
• 原子核带正电，它和其它带电体一样，也可
• 以发生自旋而产生核磁距。但并不是所有的
• 原子核自旋都能产生核磁距，只有那些原子
增大。
• 但是，氢键形成的多少和难易程度与样品的浓度、温度和溶剂有 关。一般降低浓度、提高温度，可减弱或破坏氢键，使质子吸收 移向高场；反之，增加浓度、降低温度，有利于氢键的形成，使 质子吸收移向低场。
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16:51:49
NMR的形成
B0
FID
两能级上核数目差N/N= exp(- E/kT)
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四.核磁共振波谱仪：
1．永久磁铁：提供外磁场，要
求稳定性好，均匀，不均匀性 小于六千万分之一。扫场线圈。
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一、
原子核的自旋
（1）一些原子核像电子一样存在自旋现象， 因而有自旋角动量： I为自旋量子数 角动量： （2）由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会 产生 核磁矩：m
= P
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核具有不同的
磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。
6.626 1034 100.00 106 J s s 1 Ni exp 0.999984 23 1 Nj JK K 1.38066 10 298
两能级上核数目差：百万分之十；
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驰豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到
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二、 核磁共振现象：
氢核（I=1/2），两种取向（两
个能级）：
(1) 与外磁场平行，能量低，磁 量子数ｍ＝+ 1/2;
(2) 与外磁场相反，能量高， 磁量子数ｍ＝- 1/2;
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自旋核在磁场中的行为：
1H
E2 =+ （h/4 ） B0 E E1 =－ （h/4 ） B0 磁旋比； B0外磁场强度
（2）对同一种核，当外磁场强度改变时，共振频率也随之而变。
例如，氢核在1.409 T 的磁场中，共振频率为60 MHZ ；而在2.350 T 时， 为100 MHZ。
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核磁共振产生的条件：
(1) 核有自旋(磁性核)
(2)外磁场,使能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / B0 = / (2 )
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基本原理：
• 根据量子力学原理，原子核与电子一样， 也具有自旋角动量（ P ），其自旋角动量 的具体数值由原子核的自旋量子数决定 （I）。不同类型的原子核自旋量子数也不 同。
• 某种特定的原子核，在给定的外加磁场中， 只吸收某一特定频率射频场提供的能量， 这样就形成了一个核磁共振信号。
B0
P
E= E2 － E1 = （h/2 ） B0
发生核磁共振时： E= h 0
共振频率 0 = （1/2 ） B0
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总结：
（1）在相同 强度的外磁场下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。
例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ，13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的1/8 左右。
1 2.79270
H
16:51:48
13 0.70216
C
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很像磁棒，在外加磁场
下，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核才具有磁矩
质量数（a） 原子序数（Z） 自旋量子（I） 奇数 奇或偶
1 3 5 , , 2 2 2
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三.能级分布与弛豫过程：
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
Ei E j Ni E h exp exp exp Nj kT kT kT
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
（1）在很强的外磁场中，某些磁 性原子核可以分裂成两个或更多 的量子化能级。 （2）用一个能量恰好等于分裂后相 邻能级差的电磁波照射，该核就可以 吸收此频率的波，发生能级跃迁，从 而产生 NMR 吸收。
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NMR的形成
o P
I ≥1/2
P: 原子核的角动量
:
:
磁矩
磁旋比
低能态
弛豫就是用来描述自旋“忘记”特定指向状态的速度。
•纵向驰豫也称自旋-晶格驰豫
处在高能级的核将能量以热能形式转移给周围分子骨架（晶格）中的其它 核，而回到低能级，这种释放能量的方式称为纵向驰豫。 周围的粒子，对固体样品是指晶格，对液体样品指周围的同类分子或溶剂分子。
横向驰豫也称自旋-自旋驰豫
自旋核之间进行内部的能量交换，高能态的核将能量转移给低能级的核，使 它变成高能态而自身返回低能态，这种释放能量的方式称为横向驰豫。
自旋量子数：
• I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球 体； • I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均 匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P 的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均 匀的自旋球体； • I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布 不均匀的自旋椭圆体。
NMR方法：
核磁共振成像 NMR
• 具有磁距的原子核在高强度磁场作用下， 可吸收适宜频率的电磁辐射，由低能态跃 迁到高能态的现象。如1H、3H、13C、15N、 19F、31P等原子核，都具有非零自旋而有磁 距，能显示此现象。由核磁共振提供的信 息，可以分析各种有机和无机物的分子结 构。 • 目前对核磁共振谱的研究主要集中在1H和 13C两类原子核的图谱。
讨论:
(1) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆 体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用 较少；
(2)Ｉ作核电荷均匀分布的球体，并象陀 螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主 要对象，C，H也是有机化合物的主要组成元素。
例子
1 I ,1H 1 , 13C6 ,19 F9 ,15 N 7 2 3 5 I ,11B5 , 35 Cl17 , I ,17 O8 2 2
12
偶数 偶数
16:51:48
偶数 奇数
0 1，2，3……
C6 , O8 , S16
16
32
I 1, 2H1 ,14 N 7 , I 3,10 B5