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核磁共振波谱法
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第一节 概 述
核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)：指原子核在磁场中吸收一定频率的无线电波，而发生自旋能级跃迁的现象。
核磁共振波谱(NMR spectrum)：以核磁共振信号强度对照射频率(或磁场强度)作图所得图谱。
核磁共振波谱法：利用核磁共振波谱进行结构（包括构型、构象）测定、定性及定量的方法。
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（一）核磁共振波谱与紫外-可见光谱及红外光谱的区别
①照射频率不同而引起的跃迁类型不同。
②测定方法不同。
紫外及红外吸收光谱——亮背景下测暗信号。
核磁共振信号——暗背景下测定核磁共振信号，灵敏度较高。
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UV
IR
NMR
照射频率
200-760nm
-25 m
60cm-300m
跃迁类型
价电子
分子的振动-转动能级
原子核的自旋能级
测定方法
测定不同波长的透光率获得吸收光谱
共振吸收法
图 谱
A(ε) -
T(T%)-
信号强度- 或τ
纯 度
98%
98%
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①质子类型（-CH3、-CH2-、 、=CH2、 、Ar-H、-OH、-CHO）及质子化学环境；
（二）核磁共振光谱分类
1、按原子核种类可分为1H、13C、19F、31P等核磁共振谱。
但不能给出不含氢基团的共振信号。
碳谱 可给出丰富碳骨架的信息，但其峰面积与碳数一般不成比例关系。因而氢谱和碳谱可互为补充。
19F和31P谱 只能用于含F含P的化合物，应用范围较窄。
氢谱 主要是给出三方面的结构信息：
②氢分布；
③核间关系。
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2、按照射频率分类 照射频率越大，核间干扰越小，图谱的清晰度越高。照射频率越大，图谱越清晰，峰间的距离越拉得开。
3、按核间干扰程度分为一级光谱和高级光谱（二级以上）。
4、按消除或改变核间干扰方式分为去偶谱、偏共振谱。
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（三）核磁共振波谱法的应用
核磁共振谱的应用极为广泛，可概括为定性、定量及定结构研究、物理化学研究、生物活性测定、药理研究及医疗诊断等方面。
1、在有机结构研究方面 可测定化学结构及立体结构（构型、构象）、互变异构现象等，与紫外、红外、质谱配合使用，是确定有机化合物结构最重要的手段之一。这个方法的最大特点是样品不会被破坏，可回收。
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2、物理化学研究方面 可以研究氢键、分子内旋转及测定反应速率常数等。
3、在定量方面 可以测定某些药物的含量及纯度检查。
4、医疗与药理研究 由于核磁共振具有能深入物体内部，而不破坏样品的特点，因而可进行活体研究，在生物化学药品方面也有广泛应用。如酶活性、生物膜的分子结构、癌组织与正常组织鉴别、药物与受体间的作用机制等。近年来，核磁共振成像仪，已用于人体疾病的诊断。
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第二节 基 本 原 理
一、原子核的自旋
核自旋特征用自旋量子数 I 来描述
（1）质量数与电荷数（原子序数）都为偶数的核，I=0，无自旋现象，不会产生核磁共振信号，如12C、16O等。
1、自旋分类
（2）质量数为奇数，电荷数可为奇数，如1H、19F 等；也可为偶数的核，如13C 等。I=半整数 （ 1/2，3/2，5/2……），I=1/2的核是目前核磁共振研究与测定的主要对象。
（3）质量数为偶数，电荷数为奇数的核，I=整数（1、2、3……），这类核也有自旋现象，但由于它们的核磁距空间量子化比较复杂，所以目前研究较少。
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质量数
电荷数
（原子序数）
自旋量子数
（I）
例
偶数
偶数
0
12C、16O、32S
奇数
奇数
1/2
1H、19F、31P、15N
3/2
11B、79Br
奇数
偶数
1/2
13C
3/2
33S
偶数
奇数
1
2H、14N
各种核的自旋量子数
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自旋量子数I不为0的核能产生自旋，它具有一定的角动量，称为自旋角动量（spin angular momentum):
质子的自旋
（a）核自旋方向与核磁矩方向
（b）右手螺旋法则
2、核磁矩（μ）
核磁矩的大小取决于自旋角动量P及磁旋比γ：
自旋将产生核磁矩，其方向服从右手法则：大拇指的方向为核磁矩方向，其它四个指头指向为自旋方向。
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