核磁共振原理及图谱分析技巧.ppt
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核磁共振原理及图谱分析技巧
32S16
• I≠0 : P≠0 ，具有自旋现象。
I＝1/2，核电荷在核表面均匀分布。 核磁共振谱线窄，有利于核磁共振检测。
I=1/2: 1H1 13C6 15N7 19F9 31P15
2、自旋核在磁场中的取向和能级
• 无外磁场（B0）时，磁矩 µ的取向是任意的。
• 在B0中，I ≠ 0的自旋核，磁矩µ的取向不是任意的，
H
OH
C=O
H
7.27
H
6.73
H
7.81
5.25
H
H
C=C
H
H
4.03
H
OCH3
C=C
H
H
6.27 CH3
H
C=O
C=C
H
H
7.78
6.70
8.58
Ha
OCH3
Ha1 O
Hb
COCH3
OCH3
Hb Ha2
8.08
A
B
C
7.94
4.3 化学键的各向异性效应
各向异性效应：氢核与某功能基因空间位置不同， 受到屏蔽作用不同，导致其化学位移不同。 原因：在外磁场的作用下，由电子构成的化学键 会产生一个各向异性的附加磁场,使得某些位置的 核受到屏蔽,而另一些位置上的核则为去屏蔽。
4.1 诱导效应： Y－H中Y的电负性越大，1H周围电子云密度越低， 屏蔽效应越小，越靠近低场出峰，δ值越大。
化合物 CH3F CH3OH CH3Cl CH3Br CH3I CH4 TMS
电负性 4.0
3.5
3.0
2.8
2.5
2.1
1.8
δ
4.26
3.14
3.05
核磁共振图谱解析ppt课件
C、AA’ BB’系 统
A A A B
4、常见的一些高级谱图 （1）、单取代苯
R
AA’ BB’C 系统
A、取代基没有强烈的屏蔽或去屏蔽效应时，可出现 5个芳氢的单峰； B、取代基有强烈的屏蔽或去屏蔽效应时，如苯乙酮， 这种取代基常造成邻位质子移向高场或低场，图上出 现两个质子的多重峰及三个质子的多重峰。
H A
ν 4 ） ν A B]
H A
C = C
H B
C = C
H B
C = C
H B H A
H A H B
2、三旋系统 A、AX2系统
一级图谱
B、AB2系统 AB2系统常见于苯环对称三取代、 吡啶环的二取代、-CH-CH2-等。 AB2系统的特点： （1）、共有九条谱线； （2）、AB2系统的谱线有以下的关系： ν1-ν2=ν3-ν4=ν6-ν7 ν1-ν3=ν2-ν4=ν5-ν8 ν3-ν6=ν4-ν7=ν8-ν9 ν A=ν 3 ν B=(ν 5+ν7)/2
（4）、ABX系统中AB部分，其偶合常数JAB都相等， 与X偶合后的偶合常数JAX与JBX并不相等，但可从图谱 中读出，HA、HB、HX的化学位移通过计算可求得。
E、ABC系统
3、四旋系统 A、A2X2系统
B、A2B2系统
（1）、最多可有18 条谱线； （2）、左右对称，中间峰强度大，外侧峰强度低； （3）、ν1-ν3=ν4-ν6 （4）、化学位移 νA=ν5A νB=ν5B （5）、偶合常数 JAB=（ ν1-ν6）
二、常见的几种谱图 1、二旋系统 A、AX系统 （1）、有四条谱线，A和X各有两条； （2）、四条谱线的高度应相等；
A X
JA X
JA X
核磁共振原理及图谱分析技巧共132页文档
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
核磁共振原理及图谱分析技巧
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
▪
27、只有证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
132
核磁共振基本原理 PPT课件
应用较多。 氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz 2.305 T 共振频率 100 MHz
磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4 T（特拉斯）
共振频率 0 2.79 5.051031 14092 60106 Hz 60MHz
Ih
1 6.61034
2
• 氢核（1H）： 14092G
0
化学位移
仪器频率
感生磁场 H'非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 为方便起见，故× 106
CH3
H3C Si CH3
CH3
为什么选用TMS(四甲基硅烷)作为标准物质? (1)屏蔽效应强，共振信号在高场区(δ值规定为 0)，绝大多数吸收峰均出现在它的左边。 (2)结构对称，是一个单峰。 (3)容易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。
外加磁场方向一致的区域（称为去屏蔽区），去屏蔽效应 的结果，使双键碳上的质子的共振信号移向稍低的磁场区
δ=9.4～10
δ = 4.5～5.7
c.共轭效应 :电子云密度增加→磁屏蔽增加
5.25
H
H
C=C
H
H
4.03
H
OCH3
C=C
H
H
6.27 CH3
H
C=O
C=C
H
H
d.Van der waals 效应 :在空间中两个氢核靠 的很近时,核外电子会互相排斥,这时氢核电 子密度下降, δ值变大.
四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
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。 2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz。
磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4 T（特拉斯）
共振频率 0 2.79 5.051031 14092 60106 Hz 60MHz
Ih
1 6.61034
2
• 氢核（1H）： 14092G
0
化学位移
仪器频率
感生磁场 H'非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 为方便起见，故× 106
CH3
H3C Si CH3
CH3
为什么选用TMS(四甲基硅烷)作为标准物质? (1)屏蔽效应强，共振信号在高场区(δ值规定为 0)，绝大多数吸收峰均出现在它的左边。 (2)结构对称，是一个单峰。 (3)容易回收(b.p低)，与样品不反应、不缔合。
外加磁场方向一致的区域（称为去屏蔽区），去屏蔽效应 的结果，使双键碳上的质子的共振信号移向稍低的磁场区
δ=9.4～10
δ = 4.5～5.7
c.共轭效应 :电子云密度增加→磁屏蔽增加
5.25
H
H
C=C
H
H
4.03
H
OCH3
C=C
H
H
6.27 CH3
H
C=O
C=C
H
H
d.Van der waals 效应 :在空间中两个氢核靠 的很近时,核外电子会互相排斥,这时氢核电 子密度下降, δ值变大.
四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
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。 2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz。
核磁共振氢谱PPT课件
TMS
7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0
图１：乙基苯(10% CCpplt精4 选溶版液)于100兆赫的NMR
25
2. 化学位移的表示
由于化学位移的差别范围很小(10×10-6), 所以精确测出绝对数 值比较困难。现均以相对数表示：即以被测质子共振时的磁场 强度B0样与某一标准物质的质子共振时的磁场强度B0标之差和标 准物质共振时磁场强度B0标的比值δ来表示:
ppt精选版
24
例如: 图1给出了乙基苯在100MHz时的高分辨率核
磁共振图谱. 在乙基苯的分子中, -CH3 上的三个质子, -CH2- 上的两个质子， C6H5－上的五个质子.它们在 不同的磁场强度下产生共振吸收峰, 也就是说,它们
有着不同的化学位移.
C6H5－
3H 2H
－CH3
5H
－CH2－
21
高场
低频
0
ppm
ppt精选版
28
位移的标准
四甲基硅烷 Si(CH3)4 （TMS）
规定：TMS=0
为什么用TMS作为基准?
（1 ） 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个吸收峰；
（2）屏蔽强烈，位移最大（0）。与一般有机化合物中的质子峰 不重叠；
（3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。
H+
H+
H+
自旋
H+
β
能量较高 ΔE
H+
H+
H+
α 自旋
H+
能量较低
没有磁场
有磁场B0
质子在没有磁场和有磁场情况下的磁矩方向 ppt精选版
B0
核磁原理及解析方法 ppt课件
二、简化谱图的方法
methods of simpling spectrograph
三、谱图解析
spectrum unscrambling
四、谱图联合解析
deduce the structures from NMR spectrum and IR spectrum
ppt课件
1
一、谱图中化合物的结构信息
nuclear magnetic resonance and chemical shift
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
• 第四节 谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； （2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； （3）峰的位移( )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； （4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （5）偶合常数(J)：确定化合物构型。
不足之处： 仅能确定质子（氢谱）。
ppt课件
5. =4.1(4H) 低场(吸电子),
两个 -O-CH2-
ppt课件
1700cm-1, C=0, 醛,酮，排除羧酸，
醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃，无芳环
24
内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
ppt课件
3
常见复杂谱图
X
7.55 8.0 O
3H 7.4
methods of simpling spectrograph
三、谱图解析
spectrum unscrambling
四、谱图联合解析
deduce the structures from NMR spectrum and IR spectrum
ppt课件
1
一、谱图中化合物的结构信息
nuclear magnetic resonance and chemical shift
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
• 第四节 谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； （2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； （3）峰的位移( )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； （4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （5）偶合常数(J)：确定化合物构型。
不足之处： 仅能确定质子（氢谱）。
ppt课件
5. =4.1(4H) 低场(吸电子),
两个 -O-CH2-
ppt课件
1700cm-1, C=0, 醛,酮，排除羧酸，
醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃，无芳环
24
内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
ppt课件
3
常见复杂谱图
X
7.55 8.0 O
3H 7.4
核磁共振波谱分析页PPT文档
themegallery
LOGO
核磁共振现象的发现
Bloch 等于 1946 年
发现：特定结构中的
磁核会吸收一定波长
或频率的电磁波而实
现能级跃迁，开辟了
核磁共振分析的历史，
因而获1952年诺贝尔
物理学奖。
Felix Bloch Edward Mills Purcell
themegallery
一些原子核（如1H, 13C, 19F等）在强磁场中会 产生能量分裂，形成能级。当用一定频率的电磁 波对样品进行辐照时，特定结构环境中的原子核 会吸收相应频率的电磁波而实现共振跃迁。
LOGO
核磁共振的优势
1核磁共振法能够保持样品的完整性，是一 种非破坏性的检测手段；
2操作方法简单快速，测量精确，重复性高； 3样品无需添加溶剂，定量测定无需标样；
测量结果受材料样本大小与外观色泽的影 响较小，且不受操作员的技术和判断所影 响。
themegallery
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谢谢！
18
• 这些参数有：弛豫时间，化学位移，自旋耦合， NOE效应，磁化量转移，自旋标记等。
• NMR法通过测定大分子的弛豫时间，即纵向时间 T1，横向时间T2和异核的NOE效应，研究一定时 间范围内的化学反应和构想转变的动力学过程， NMR谱峰的宽度或裂分程度反映自旋核的快交换 和慢交换过程。磁化量转移对于蛋白质折叠和构 象变化有较大帮助，同时可以对化学位移交换反 应动力学和肽链二级结构进行研究。
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核磁共振波谱分析
-——在蛋白质领域中的应用
08生物科学本（一）班 邱媛媛
80811031
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Contents
1 核磁共振的基本原理
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核磁共振现象的发现
Bloch 等于 1946 年
发现：特定结构中的
磁核会吸收一定波长
或频率的电磁波而实
现能级跃迁，开辟了
核磁共振分析的历史，
因而获1952年诺贝尔
物理学奖。
Felix Bloch Edward Mills Purcell
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一些原子核（如1H, 13C, 19F等）在强磁场中会 产生能量分裂，形成能级。当用一定频率的电磁 波对样品进行辐照时，特定结构环境中的原子核 会吸收相应频率的电磁波而实现共振跃迁。
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核磁共振的优势
1核磁共振法能够保持样品的完整性，是一 种非破坏性的检测手段；
2操作方法简单快速，测量精确，重复性高； 3样品无需添加溶剂，定量测定无需标样；
测量结果受材料样本大小与外观色泽的影 响较小，且不受操作员的技术和判断所影 响。
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谢谢！
18
• 这些参数有：弛豫时间，化学位移，自旋耦合， NOE效应，磁化量转移，自旋标记等。
• NMR法通过测定大分子的弛豫时间，即纵向时间 T1，横向时间T2和异核的NOE效应，研究一定时 间范围内的化学反应和构想转变的动力学过程， NMR谱峰的宽度或裂分程度反映自旋核的快交换 和慢交换过程。磁化量转移对于蛋白质折叠和构 象变化有较大帮助，同时可以对化学位移交换反 应动力学和肽链二级结构进行研究。
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核磁共振波谱分析
-——在蛋白质领域中的应用
08生物科学本（一）班 邱媛媛
80811031
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Contents
1 核磁共振的基本原理
第三章 HNMR(核磁共振)
47
影响化学位移的因素
核外电子云的密度高，σ值大，核的共振吸收 高场（或低频）位移。 核外电子云的密度低，σ值小，核的共振吸收 低场（或高频）位移。
凡是使氢核外电子密度改变的因素都能影响化 学位移。若结构上的变化使核外电子密度下降， 谱峰位置移向低场。
48
1. 诱导效应,又称去屏蔽效应
（1）元素的电负性↑，通过诱导效应，使H核的核 外电子云密度↓，屏蔽效应↓，共振信号→低场。例如：
1
NMR 是 研 究 原 子 核 对 射 频 辐 射 (Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、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。在有机化合物结构鉴定中要求掌握的是1H NMR （氢谱）和 13C NMR的应用。
（测定有机化 合物的结构， 氢原子的位置 、环境以及官 能团和C骨架 上的H原子相 对数目）
1、位移的标准
四甲基硅烷 Si(CH3)4 （TMS）
规定：TMS=0
为什么用TMS作为基准? （1 ） 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个吸收峰； （2）屏蔽强烈，位移最大（0）。与一般有机化合物中的质子 峰不重叠； （3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。
44
2、位移的表示方法
26
3.2 核磁共振仪与实验方法
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--，800
MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR) 脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)
13
14
3.1.2 自旋核在磁场中的取向和能级
影响化学位移的因素
核外电子云的密度高，σ值大，核的共振吸收 高场（或低频）位移。 核外电子云的密度低，σ值小，核的共振吸收 低场（或高频）位移。
凡是使氢核外电子密度改变的因素都能影响化 学位移。若结构上的变化使核外电子密度下降， 谱峰位置移向低场。
48
1. 诱导效应,又称去屏蔽效应
（1）元素的电负性↑，通过诱导效应，使H核的核 外电子云密度↓，屏蔽效应↓，共振信号→低场。例如：
1
NMR 是 研 究 原 子 核 对 射 频 辐 射 (Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机和无机物的成分、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。在有机化合物结构鉴定中要求掌握的是1H NMR （氢谱）和 13C NMR的应用。
（测定有机化 合物的结构， 氢原子的位置 、环境以及官 能团和C骨架 上的H原子相 对数目）
1、位移的标准
四甲基硅烷 Si(CH3)4 （TMS）
规定：TMS=0
为什么用TMS作为基准? （1 ） 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个吸收峰； （2）屏蔽强烈，位移最大（0）。与一般有机化合物中的质子 峰不重叠； （3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。
44
2、位移的表示方法
26
3.2 核磁共振仪与实验方法
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场 按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--，800
MHZ（兆赫兹），频率越高，分辨率越高 按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR) 脉冲傅立叶变换NMR谱仪(FT-NMR)
13
14
3.1.2 自旋核在磁场中的取向和能级
第一核磁共振波谱分析法PPT课件
1，2，3….
有
2H, 14N
奇数 奇数或偶数 偶数或奇数 1/2；3/2；5/2…. 有 1H,13C,17O,19F,31P
质量数 质子数
I
NMR信号
原子核
偶数 偶数
0
无
12C6 16O8 32S16
奇数 奇或偶数 1/2
有
1H1 13C6 19F9 15N7 31P15
奇数 奇或偶数 3/2 5/2… 有 11B5 35Cl17 79Br35 81Br35 17O8 33S16
S. P. Mansfield (彼得－曼斯菲尔德), P. C. Lauterbur(保罗－劳特布尔),
University of Nottingham, 英国
University of Illinois, 美国
核磁共振成像技术的发现，医学诊断和生物细胞研究领域的突破性成就。
❖核磁共振基本原理 ❖图谱解析与结构鉴定 ❖核磁共振波谱仪
(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
-
16
根据电磁学理论，核磁矩与外磁场相互作用 而产生核磁场作用能E，即各能级的能量为
I=1/2的核自旋能级裂分与H0的关系
E
h
2
mH0
E 无磁场
外加磁场 m =-1/2 E2 △E
m =1/2 E1
I=1/2的核在磁场中， 由低能级(E1)向高能 级(E2)跃迁时，所需 的能量(△E)为
-
7
核磁共振现象产生的条件？
-
8
一、原子核的自旋 atomic nuclear spin
-
9
★ 原子核的基本属性：质量和电荷数。
核磁共振 波谱分析
现采用相对数值。通常以四甲基硅（TMS）为标准物质，
规定：它的化学位移为零，然后，根据其它吸收峰与零点 的相对距离来确定它们的化学位移值。 低场 9 高场
8 7 6 6 5 4 3 2 1 零 点 -1 -2 -3
TMS
化学位移用表示，以前也用表示， 与的关系为：
= 10 -
25
16
自旋-自旋弛豫 （spin-spin Relaxation）：
高能态核把能量传给同类低能态的自旋核，本身回到低 能态，维持Boltzmann分布。结果是高低能态自旋核总 数不变。 自旋-自旋弛豫过程的半衰期用T2表示。 液体T2～1s， 固体或粘度大的液体，T2很小，104～10-5s
晶格泛指环境，即高能态自旋核把能量传给周围环境 （同类分子、溶剂小分子、固体晶格等）转变为热运动 而本身回到低能态维持Boltzmann分布。 自旋-晶格弛豫过程的半衰期用T1表示 （T1与样品状 态及核的种类、温度有关）,液体T1～1s，固体或粘度 大的液体T1 很大。 自旋-晶格弛豫又称纵向弛豫。
·
式中: h为普朗克常数 自旋不为0的原子核,都有磁矩,用μ 表示, 磁矩随角动量增加成正比增加.
μ = r· P
式中r 为磁旋比, 不同的核具有不同的磁旋比。
9
NMR技术是观察原子序数或其质量数为奇数的原子核自旋 的手段。质子是最简单的原子核，它的原子序数是奇数且 最小为1，可以自旋。自旋的质子相当于带正电荷的小球 在旋转运动中产生磁场。
第三章
核磁共振氢谱
核磁共振基本原理 核磁共振仪与实验方法 1H的化学位移 各类质子的化学位移 自旋偶合和自旋分裂 自选系统及图谱分类 核磁共振氢谱的解析
1