核磁共振氢谱NMR
核磁共振氢谱(NMR)
代谢物变化分析
通过比较不同生理状态下的氢谱数据，可以分析代谢产物的变化，从而研究疾病 、营养状况等对生物体的影响。
药物代谢动力学研究
药物代谢过程研究
氢谱可以用于研究药物在体内的代谢过 程，了解药物在体内的转化和排泄机制 。
反应机理研究
总结词
核磁共振氢谱在反应机理研究中具有重要应用，通过监测反 应过程中谱峰的变化，可以揭示反应的中间产物和反应路径 。
详细描述
核磁共振氢谱可以实时监测反应过程中氢原子所处的化学环 境变化，从而揭示反应的中间产物和反应路径。通过分析谱 峰的变化，可以推断出反应过程中各组分的生成和消耗情况 ，有助于深入理解反应机理。
催化剂活性位点研究
总结词
核磁共振氢谱在催化剂活性位点研究中具有独特的应用价值，通过分析催化剂表面吸附物种的谱峰特 征，可以揭示催化剂的活性位点和反应机制。
详细描述
核磁共振氢谱可以用来研究催化剂表面吸附物种的结构和性质。通过分析谱峰的位置和裂分情况，可 以推断出吸附物种所处的化学环境和与催化剂表面的相互作用关系。这些信息有助于揭示催化剂的活 性位点和反应机制，对于优化催化剂性能和提高催化反应效率具有重要意义。
重要信息。
生物医学
用于研究生物大分子的 结构和功能，为疾病诊
断和治疗提供依据。
02
核磁共振氢谱的基本原理
原子核的自旋与磁矩
原子核自旋
原子核具有自旋角动量，使得原子核 具有一定的磁矩。
磁矩与磁场相互作用
能级跃迁
当外加射频场能量与能级分裂相匹配 时，原子核发生能级跃迁，释放出共 振信号。
原子核磁矩在外部磁场中受到洛伦兹 力，产生能级分裂。
核磁共振氢谱(1H-NMR)
第二章核磁共振氢谱(1H-NMR)§ 1概述 基本情况1H天然丰度：99.9844%, 1=1/2 ,Y =26.752 (107radT-1S-1) 共振频率：42.577 MHz/T 3 : 0〜20ppmY (relntive) tie-qiiciKV M I L7 Tn JI Lira] fiHiindancc relaii^c wrni 竹 viTy*'IIKH) 5(KJ MHz ms 1%25 L25 Mllz I 1 %⑴七“N-105( ►MHzI 曰19 F455 MHzHH)叫，-20购 Mllz4.7 %nr-釦P40 203 MH7 1 <M) %0.07also trskinp iiitci accniniT Kpicall llliRc^'b idth' and rdl.ix-Viojii mtc%§ 2化学位移1. 影响3值的因素 A.电子效应 (1) 诱导效应a 电负性电负性强的取代基使氢核外电子云密度降低，其共振吸收向低场位移，b.多取代有加和性C.诱导效应通过成键电子传递，随着与电负性取代基 减弱，通常相隔3个以上碳的影响可以忽略不计(2) .共轭效应氮、氧等杂原子可与双键、苯环共轭。
苯环上的氢被推电子基取代，由于 p-n 共轭，使苯环电子云密度增大，3值向高场移动苯环上的氢被吸电子基取代， 由于p-n 共轭或n -n 共轭，使苯环电子云密度降低,3值向低场移动(3) .场效应在某些刚性结构中，一些带杂原子的官能团可通过其电场对邻近氢核施加影响距离的增大，诱导效应的影响逐渐，使其化学位移发生变化 .这些通过电场发挥的作用称为场效应（4）.范德华（Van der Waals ）效应在某些刚性结构中 ,当两个氢核在空间上非常接近，其 外层电子云互相排斥使核外电子云不能很好地包围氢核，相当于核外电子云密度降低，5值向低场移动B.邻近基团的磁各向异性某些化学键和基团可对空间不同空间位置上的质子施加不同的影响，即它们的屏蔽作用 是有方向性的。
核磁共振氢谱(化学位移)
核磁共振氢谱(化学位移)核磁共振氢谱 (PMR或1HNMR)核磁共振技术是20世纪50年代中期开始应用于有机化学领域，并不断发展成为有机物结构分析的最有用的工具之一。
它可以解决有机领域中的以下问题：（1）结构测定或确定，一定条件下可测定构型和构象；（2）化合物的纯度检查；（3）混合物分析，主要信号不重叠时，可测定混合物中各组分的比例；（4）质子交换、单键旋转、环的转化等化学变化速度的测定及动力学研究。
NMR的优点是：能分析物质分子的空间构型；测定时不破坏样品；信息精密准确。
NMR通常与IR并用，与MS、UV及化学分析方法等配合解决有机物的结构问题，还广泛应用于生化、医学、石油、物理化学等方面的分析鉴定及对微观结构的研究。
一、基本概念核磁共振（简称为NMR）是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。
检测电磁波被吸收的情况就可以得到核磁共振波谱。
因此，就本质而言，核磁共振波谱是物质与电磁波相互作用而产生的，属于吸收光谱（波谱）范畴。
根据核磁共振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可以研究分子结构。
发展1．1946 年斯坦福大学的F. Bloch 和哈佛大学E.M .Purcell领导的两个研究组首次独立观察到核磁共振信号，由于该重要的科学发现，他们两人共同荣获1952 年诺贝尔物理奖。
NMR发展最初阶段的应用局限于物理学领域，主要用于测定原子核的磁矩等物理常数。
2．1950 年前后W .G. Proctor等发现处在不同化学环境的同种原子核有不同的共振频率，即化学位移。
接着又发现因相邻自旋核而引起的多重谱线，即自旋—自旋耦合，这一切开拓了NMR 在化学领域中的应用和发展。
3．20 世纪60 年代，计算机技术的发展使脉冲傅里叶变换核磁共振方法和谱仪得以实现和推广，引起了该领域的革命性进步。
随着NMR 和计算机的理论与技术不断发展并日趋成熟，NMR 无论在广度和深度方面均出现了新的飞跃性进展，具体表现在以下几方面：1）仪器向更高的磁场发展，以获得更高的灵敏度和分辨率，现己有300、400、500、600MHz，甚至1000MHz的超导NMR 谱仪；2）利用各种新的脉冲系列，发展了NMR 的理论和技术，在应用方面作了重要的开拓；3）提出并实现了二维核磁共振谱以及三维和多维核磁谱、多量子跃迁等NMR 测定新技术，在归属复杂分子的谱线方面非常有用。
核磁共振NMR一级氢谱解析方法
7根8据fp场p峰m组的4 间峰.2的是1等水p间峰p距m。，处可盼以找多到重相邻峰的（基团对。应一个 氘氢代原试剂子不）可能显10然0%是地氘由代相，它邻的基不完团全耦氘代合（裂也就分是氘代试剂仍然残留氢原子）会产生溶剂峰。 6四产p、p生m确的定。峰待组测对所应含两的个官氢能原团子，因此是一个亚甲基。 所谓约指1认. 就6 是p对pm于推的导峰的化组合对物结应构两的每个个氢基团原都子标注，出化学位移数值，分析化学位移数值是否合理，更重要的是分析每个基团的耦 合磁因裂性此分 核的之是峰间一型才是会个否有亚合耦理合甲。作基用。。其中左面的四重 八峰、看对推得导比出的较结清构进楚行，核 右边的峰组粗看是 由因两于为重样 分品子峰可式，能仅含含看有氧得水原分子不，，清因所此以楚在两，核个磁活它共泼们振氢氢只实谱能际中是存羟上在基是相。应的水峰。 根d×据每d个的峰峰组的组化，学位只移不数值过和其所对中应一的氢个原耦子数合，常可以确定它们是什么官能团。 任对数何于比使 结氢构较谱不小的复峰杂，往的因右未移知而动物裂（，化有分学可不位能移不显数需著值要减分。小子从）式的也左作能往用确称定为它屏的蔽结效构应。； 6右5 p第pm的1-单第峰3（的对跨应两距个等氢原于子第）加2重～水第交换4后的消跨失，因此可知它对应的是活泼氢。 氢由距谱于，峰 杂组质也有的等比含较量于好比右的样定品边量本峰关身系要组。低的很多较，大因此的杂裂质峰分易间于从样品峰组中区分出来。 代距表。原子这核是之间大的的键合耦关合系、常化数学键，之应间的该夹是角二2。面角。 核进磁一共振步氢的谱的二横裂坐标分是，化学是位旁移，边化的学位CH移裂是电分子所对核自旋的屏蔽作用，代表原子核在分子中的位置。 致。
核磁共振氢谱
核磁共振谱在有机化学结构的测定中，核磁共振（NMR）谱有着广泛的应用。
核磁共振谱是由具有磁距的原子核，受辐射而发生跃迁所形成的吸收光谱。
在有机化学中，研究的最多，应用最广的是氢原子核（即质子）的核磁共振谱。
这种核磁共振谱又叫做质子磁共振（PMR）谱。
质子像电子一样，可以自旋而产生磁距。
在磁场中，质子自旋所产生的磁距可以有两种取向，或者与磁场方向一致（↑），或者相反（↓）。
质子磁距的两种取向相当于两个能级。
磁距的方向与外界磁场方向相同的质子的能量较低，不相同的则能量较高。
用电磁波照射磁场中的质子，当电磁波的能量等于两个能级的能量差时，处于低能级的质子就能吸收能量，跃迁到高能级（辐射能吸收的量子化）。
这种现象叫做核磁共振。
（与电子的跃迁相似）用来测定核磁共振的仪器叫做核磁共振仪。
理论上讲，可以把物质放在恒定的磁场中，由逐渐改变辐射频率来进行测定。
当辐射频率恰好等于能级差时，即可发生共振吸收。
此时核磁共振仪就能接收到信号。
但实际上，因磁感应强度与能引起核磁共振的辐射频率具有一定的比例关系，为了操作方便，采用的是保持辐射频率不变，而逐渐改变磁感应强度的方法。
当磁场达到一定强度时，即可发生共振吸收。
核磁共振仪收到信号时，就以吸收能量的强度为纵坐标，磁感应强度为横坐标绘出一个吸收峰。
由此得到波谱图，就是核磁共振谱。
质子的能级差时一定的，因此有机分子中的所有质子，似乎都应该在同一磁感应强度下吸收能量。
这样，在核磁共振图谱中，就应该只有一个吸收峰。
但有机化合物分子中的质子，其周围都是有电子的。
在外加磁场的作用下，电子的运动能产生感应磁场。
因此质子所感应的磁感应强度，并非就是外加磁场的磁感应强度。
一般来说，质子周围的电子使质子所感应到的磁感应强度要比外加磁感应强度弱些。
也就是说，电子对外加磁场有屏蔽作用。
屏蔽作用的大小与质子周围电子云密度的高低有关。
电子云密度越高，屏蔽作用越大，该质子的信号就要在越高的磁感应强度下才能获得。
核磁共振氢谱有机物种类
核磁共振氢谱有机物种类
核磁共振氢谱（NMR）是一种利用核磁共振原理测定有机物种类的分析方法。
它可以检测到有机物的定性和定量信息，可以应用于各种以含氢结构的有机物，如烷烃、芳香烃和萜烃等，以及药物、食品、农药、环境样品中的有机物。
用核磁共振氢谱分析有机物种类，主要包括：测定结构式、确定含量以及物种识别等。
如果物种是一种未知的有机物，核磁共振氢谱的结构式测试可以确定有机物的分子结构，包括它的各个碳原子的位置、碳原子间共价键的类型、它的官能团及各个官能团之间的位置等信息。
如果是一种已知的有机物，比如体内有机分子，可以根据它的同位素比和碳原子结构信息，辅助鉴定出有机物种类。
此外，NMR还可以用于测定有机物的实际含量，并可以结合其它分析方法，如紫外可见分光光度法和热重法，进行定量分析，达到更加准确的定量结果。
NMR分析有机物的物种识别，可以从反应条件、结构以及物理性质等方面及时发现和检测不同品类的有机物，从而更有效的控制有机分子的结构，促进反应的进行。
除了上述应用，NMR还可以应用于环境样品，如污染土壤、水体和废气中，检测污染物质，并可以用来识别污染物质的物种类型及其在污染物中的含量，以改善环境污染状况，保护人类卫生和环境安全。
总之，NMR是一种重要的有机分析方法，其中检测有机物种类是其重要应用之一。
它可以提供有机物的种类，定量和定性信息，在生
物、环境、医药、食品等领域有着重要的意义和应用价值。
二维核磁共振氢谱-解释说明
二维核磁共振氢谱-概述说明以及解释1.引言1.1 概述核磁共振（NMR）技本是一种非常重要的分析技术，广泛应用于化学、生物化学、药物研究等领域。
其通过原子核所具有的自旋和电荷产生的磁矩，与外加磁场相互作用，从而产生共振现象，通过测定不同原子核在不同化学环境中的共振频率，可以为分子结构的研究提供丰富的信息。
而二维核磁共振氢谱则是核磁共振技术的重要分支，它通过核磁共振原理和多维谱的记录方式，可以进一步提供复杂分子结构的详细信息，成为研究和分析的重要工具。
本文将深入介绍二维核磁共振氢谱的原理、应用和技术发展，以期对该领域的研究工作有所帮助。
1.2 文章结构文章结构部分应该包括对整篇文章的组织和内容安排进行介绍。
可以描述文章的逻辑顺序和各个部分的内容提要，让读者对整篇文章的架构有一个清晰的了解。
例如:文章结构部分将介绍本文的组织结构和内容安排。
首先，对于二维核磁共振氢谱的原理将进行详细的解释和讨论，包括其基本概念和相关理论知识。
其次，将探讨二维核磁共振氢谱在不同领域的应用，以及其在科学研究和医学诊断中的重要性。
最后，将阐述二维核磁共振氢谱的技术发展以及对未来可能的影响。
通过这样的结构安排，读者可以清晰了解本文的内容和重点讨论的方向。
1.3 目的本文的目的在于深入探讨二维核磁共振氢谱在化学领域中的重要性和应用价值。
通过对二维核磁共振氢谱原理、应用和技术发展的全面介绍，可以帮助读者更深入地理解这一技术在分析化学物质中的作用。
同时，也旨在对未来二维核磁共振氢谱技术的发展方向进行展望，为相关领域的研究和实践提供一定的指导和借鉴。
通过本文的阐述，读者将能够更好地把握二维核磁共振氢谱的前沿动态，从而为相关领域的研究和应用提供帮助和启发。
2.正文2.1 二维核磁共振氢谱的原理二维核磁共振氢谱（2D NMR）是一种核磁共振（NMR）技术，它通过在两个独立的核磁共振实验中收集数据，并通过两个独立的核磁共振实验之间的相互关联来提供额外的信息。
四氢呋喃核磁氢谱
四氢呋喃核磁氢谱四氢呋喃（THF）是一种重要的有机溶剂和合成原料，其核磁共振氢谱（NMR）是研究其结构和性质的重要手段之一。
下面将详细介绍四氢呋喃核磁氢谱的原理、实验方法、结果解析以及应用等方面的内容。
一、核磁共振氢谱基本原理核磁共振（NMR）是一种基于核自旋磁矩的物理现象，当样品置于强磁场中时，核自旋磁矩会受到磁场的作用而发生能级分裂，分裂的能级之间发生跃迁并释放出能量。
通过测量该能量的变化，可以获得样品的核磁共振谱。
在核磁共振氢谱中，氢原子是唯一具有天然磁性的原子，因此对于含有氢原子的化合物，可以通过测定其氢原子在磁场中的共振频率来确定其化学环境。
不同的化学环境会导致氢原子在磁场中的共振频率不同，因此可以通过比较各峰的相对位置来确定化合物中不同类型氢原子的数目和相对比例。
此外，通过分析峰的形状和裂分情况，还可以推断出氢原子之间的相互作用和空间距离等信息。
二、四氢呋喃核磁共振氢谱实验方法进行四氢呋喃核磁共振氢谱实验时，需要使用专业的NMR谱仪，该仪器包括磁场系统、射频系统、样品池、温度控制系统等部分。
实验时，将四氢呋喃样品放入样品池中，调整磁场强度和温度等参数，然后通过射频系统向样品发射脉冲磁场，并记录回波信号。
通过分析回波信号的频率、幅度和相位等信息，可以获得四氢呋喃的核磁共振氢谱。
三、四氢呋喃核磁共振氢谱结果解析四氢呋喃的核磁共振氢谱主要包括四个峰，分别对应于四个氢原子的共振信号。
根据峰的位置和形状，可以推断出四个氢原子的化学环境和相互间作用情况。
1.峰A：该峰对应于与氧原子直接相连的氢原子，该峰的位置一般在化学位移范围10-40ppm之间，该峰的强度通常较强。
2.峰B：该峰对应于与甲基相连的氢原子，该峰的位置一般在化学位移范围2-4ppm之间，该峰的强度通常较强。
3.峰C：该峰对应于与亚甲基相连的氢原子，该峰的位置一般在化学位移范围4-8ppm之间，该峰的强度通常较弱。
4.峰D：该峰对应于与另一亚甲基相连的氢原子，该峰的位置一般在化学位移范围8-12ppm之间，该峰的强度通常较弱。
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μ
当将自旋核置于外加磁场H0中时，根据量子 力学原理，由于磁矩与磁场相互作用。磁矩相对
于外加磁场有不同的取向，它们在外磁场方向的
投影是量子化的，可以用磁量子数(m)描述：
m=I , I-1 ,I-2,….-I 2I+1个取向
对于具有I、m的核量子化能级的能量为：
右手定则
E
m
I
H0
H0：外加磁场强度(G-高斯);
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1.概述
核磁共振波谱法(属于吸收光谱） 将有磁矩的核放入磁场后，用适宜频率的电磁波 照射，它们会吸收能量，发生原子核能级的跃迁， 同时产生核磁共振信号，得到核磁共振谱 有机化合物中，经常研究的是1H和13C核的共振吸 收谱
结构分析的重要工具之一 无损分析方法
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β：核磁子(5.049×10-31J.G-1);
μ：以β为单位的核的磁矩.
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对于具有I=1/2自旋核的核磁矩取向和 能级 m=+1/2、-1/2
H0
对于具有I=1自旋核的核磁矩取向和能级 m=1, 0 , -1
H0
μZ m=+1/2 μ
E=+μβH0
H0
μZ μ m=-1/2
△ E=2μβH0
C骨架上的H原子相对数目） 与UV-Vis和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱，只是研究的对象
是处于强磁场中的原子核自旋能级对射频辐射的吸收。 NMR远没有IR、UV灵敏
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NMR发展历史
1924年：Pauli 预言了NMR的基本理论，即：有些核同时 具有自旋和磁量子数，这些核在磁场中会发生分裂
Nuclear Spin
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讨论:(1) I=0 的原子核 O(16)；C（12）；S（32）
等 ，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。
(2) 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；
1946年：Harvard 大学的Purcel和Stanford大学的Bloch 各自首次发现并证实NMR现象，并于1952年分享了Nobel 奖；
1953年：Varian开始商用仪器开发，并于同年制作了第一 台高分辨NMR仪器；
1956年：Knight发现元素所处的化学环境对NMR信号有 影响，而这一影响与物质分子结构有关。
应用范围
化学、物理、生物、药学、医学、农业、 环境、矿业
脑科学、量子计算机、纳米材料、C60、软 物质、超导材料 分子结构研究、物质的分子组成及相 互作用、分子水平上的其它研究
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NMR Spectrometer Producers
Bruker (Europe) Virian (U.S.A.)
1970年：Fourier(pilsed)-NMR 开始市场化(早期多使用 的是连续波NMR 仪器)。大大提高了分析速度和灵敏度
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2.核磁共振波谱法（NMR）的基本原理
若原子核存在自旋，产生核磁矩，根据量子力学的原理，原 子核磁矩的大小取决于核的自旋角动量(p):
自旋角动量： h I(I 1) 2
质量数 原子序数
I
NMR信号
偶数 偶数
0
无
奇数 奇或偶数 1/2
有
奇数 奇或偶数 3/2 5/2… 有
偶数 奇数
1,2,3
有
原子核Leabharlann 12C6 16O8 32S16
1H1 13C6 19F9 15N7 31P15
11B5
35Cl17 79Br35 81Br35 17O8 33S16
2H1 14N7
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在强磁场中，原子核发生自旋能级分裂(能级极小： 在1.41T磁场中，磁能级差约为2510-3 J)，当吸收 外来电磁辐射(109-1010nm, 4-900MHz)时，将发 生核自旋能级的跃迁----产生所谓NMR现象。
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NMR简介
核磁共振过程 射频辐射→原子核(强磁场下能级分裂) →吸收→能级跃迁→NMR 用途 测定有机化合物的结构，1H NMR─氢原子的位置、环境以及官能团和
主要参考书
赵藻潘，仪器分析，高等教育出版社，1990年版。 陈复生等，精密分析仪器及应用，四川科学技术出版
社，1989
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主要内容
1.概述 2.核磁共振波谱法（NMR）的基本原理 3.化学位移与核磁共振谱 4.核磁共振波谱法（NMR）仪器构成 5.核磁共振波谱法（NMR）应用
I：自旋量子数； h：普朗克常数；
1
自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自
旋情况可以用（I）表征：实验证明 I 与原子的质量
数，及原子序数有关。
质量数 偶数 偶数 奇数
原子序数 自旋量子数I
偶数
0
奇数
1，2，3….
奇数或偶数 1/2；3/2；5/2….
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核磁共振的产生
原子的核磁矩在外磁场空间的量子化 根据量子力学的原理，原子核磁矩的大小取决于核的自旋角动量(p):
E=-μβH0
μZ m=+1 μ
H0
μZ μ m=0
H0
E=+μβH0
△ E=μβH0
△ E=μβH0
对于任何自旋量子数为 I 的 核，其相邻两个能级的能量差：
μZ
μ
△E μ β
I
H0
m=-1
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(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
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。
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自旋核在磁场中的行为
具有自旋角动量(p)的核在自旋时会产生核磁矩(μ) :
μ=γ P
γ 为磁旋比，不同的核有不同的磁旋比。
Joel (Japan)
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NMR Spectrometers in Sichuan Uni.
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NMR简介
NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射 (Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各 种有机化合物成分、结构进行定性分析的最强有 力的工具之一，有时亦可进行定量分析