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核磁共振谱_百度百科
谱_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心核磁共振谱播报讨论上传视频无损检测技术收藏查看我的收藏0有用+10本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR ）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。中文名核磁共振谱外文名Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy发现时间1946年发现者E.M.珀塞耳和F.布洛赫实 质一种无损检测技术注意问题杂质的来源；各向异性效应的影响等目录1简史2简介3原理4应用5注意问题简史播报编辑核磁共振谱核磁共振现象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人发现。目前核磁共振迅速发展成为测定有机化合物结构的有力工具。目前核磁共振与其他仪器配合，已鉴定了十几万种化合物。70年代以来，使用强磁场超导核磁共振仪,大大提高了仪器灵敏度,在生物学领域的应用迅速扩展。脉冲傅里叶变换核磁共振仪使得13C、15N等的核磁共振得到了广泛应用。计算机解谱技术使复杂谱图的分析成为可能。测量固体样品的高分辨技术则是尚待解决的重大课题。核磁共振技术可以提供分子的化学结构和分子动力学的信息，已成为分子结构解析以及物质理化性质表征的常规技术手段，在物理、化学、生物、医药、食品等领域得到广泛应用,，在化学中更是常规分析不可少的手段。 [1]简介播报编辑核磁共振技术是有机物结构测定的有力手段，不破坏样品，是一种无损检测技术。从连续波核磁共振波谱发展为脉冲傅立叶变换波谱，从传统一维谱到多维谱，技术不断发展，应用领域也越广泛。核磁共振技术在有机分子结构测定中扮演了非常重要的角色，核磁共振谱与紫外光谱、红外光谱和质谱一起被有机化学家们称为“四大名谱”。 [2]核磁共振谱在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在1.41T磁场中，磁能级差约为25′10-3J)，当吸收外来电磁辐射(10-9-10-10nm,4-900MHz)时，将发生核能级的跃迁----产生所谓NMR现象。射频辐射─原子核(强磁场下，能级分裂)-----吸收──能级跃迁──NMR，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对射频辐射的吸收。核磁共振谱1924年Pauli预言了NMR的基本理论：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；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，并于同年做出了第一台高分辨NMR仪。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。核磁共振现象于1946年由E.M.珀塞耳和F.布洛赫等人发现。核磁共振迅速发展成为测定有机化合物结构的有力工具。目前核磁共振与其他仪器配合，已鉴定了十几万种化合物。70年代以来，使用强磁场超导核磁共振仪,大大提高了仪器灵敏度,在生物学领域的应用迅速扩展。脉冲傅里叶变换核磁共振仪使得C、N等的核磁共振得到了广泛应用。计算机解谱技术使复杂谱图的分析成为可能。测量固体样品的高分辨技术则是尚待解决的重大课题。原理播报编辑根据量子力学原理，与电子一样，原子核也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I决定，原子核的自旋量子数I由如下法则确定：1）中子数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0；2）中子数加质子数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数（如，1/2, 3/2, 5/2)；核磁共振谱3）中子数为奇数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数（如，1, 2, 3）。迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P。由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会产生一个磁矩。这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。进动频率又称Larmor频率：υ=γB/2πγ为磁旋比，B是外加磁场的强度。磁旋比γ是一个基本的核常数。可见，原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在已知强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，自旋量子数为I的核在外加磁场中有2I+1个不同的取向，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。这些能级的能量为：E= -γhmB/2π式中，h是Planck常数（普朗克常数）（6.626x10-34）；m是磁量子数，取值范围从-I到+I，即m= -I，-I+1， … I-1，I。当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。根据选择定则，能级的跃迁只能发生在Δm=±1之间，即在相邻的两个能级间跃迁。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。根据量子力学，跃迁所需要的能量变化：ΔE=γhB/2π为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，即入射光子的频率与Larmor频率γ相符时，射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核，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。核磁共振谱核磁共振谱有两大类：高分辨核磁共振谱仪和宽谱线核磁共振谱仪。高分辨核磁共振谱仪只能测液体样品，谱线宽度可小于1赫，主要用于有机分析。宽谱线核磁共振谱仪可直接测量固体样品，谱线宽度达10赫,在物理学领域用得较多。高分辨核磁共振谱仪使用普遍，通常所说的核磁共振谱仪即指高分辨谱仪。按谱仪的工作方式可分连续波核磁共振谱仪（普通谱仪）和傅里叶变换核磁共振谱仪。连续波核磁共振谱仪是改变磁场或频率记谱，按这种方式测谱，对同位素丰度低的核，如C等，必须多次累加才能获得可观察的信号，很费时间。傅里叶变换核磁共振谱仪，用一定宽度的强而短的射频脉冲辐射样品，样品中所有被观察的核同时被激发，并产生一响应函数，它经计算机进行傅里叶变换，仍得到普通的核磁共振谱。傅里叶变换仪每发射脉冲一次即相当于连续波的一次测量，因而测量时间大大缩短。应用播报编辑核磁共振技术在有机合成中，不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定，在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用。核磁共振波谱能够精细地表征出各个氢核或碳核的电荷分布状况，通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用，从微观层次上阐明配合物的性质与结构的关系，对有机合成反应机理的研究重要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的。 [3]核磁共振是有机化合物结构鉴定的一个重要手段，一般根据化学位移鉴定基团；由耦合分裂峰数、偶合常数确定基团联结关系；根据各H峰积分面积定出各基团质子比。核磁共振谱可用于化学动力学方面的研究，如分子内旋转，化学交换等，因为它们都影响核外化学环境的状况，从而谱图上都应有所反映。核磁共振还用于研究聚合反应机理和高聚物序列结构。H谱、C谱是应用量广泛的核磁共振谱（见质子磁共振谱），较常用的还有F、P、N等核磁共振谱。注意问题播报编辑1）杂质的来源：溶剂含杂质或重结晶的溶剂；未分离的化合物2）单键带有双键性质时产生不等质子3）互相变异构现象的存在：如乙酰丙酮中酮式与烯醇式的互变异构信号的同时存在4）手性碳原子的存在导致不等价质子的存在5）受阻旋转：单键不能自由旋转时，会产生不等价质子6）加重水在测定共振谱时，由于各种活泼氢交换速度不同产生的异常现象7）各向异性效应的影响新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000关于NMR，你想知道的都在这里了 - 知乎
关于NMR，你想知道的都在这里了 - 知乎首发于药物研发切换模式写文章登录/注册关于NMR，你想知道的都在这里了药物研发驿站医药领域从业者更多内容，请关注公众号：药品研发驿站核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance，简写为NMR）与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱被人们称为“四谱”，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，亦可进行定量分析。(核磁共振仪)原理在强磁场中，某些元素的原子核和电子能量本身所具有的磁性，被分裂成两个或两个以上量子化的能级。吸收适当频率的电磁辐射，可在所产生的磁诱导能级之间发生跃迁。在磁场中，这种带核磁性的分子或原子核吸收从低能态向高能态跃迁的两个能级差的能量，会产生共振谱，可用于测定分子中某些原子的数目、类型和相对位置。分类NMR波谱按照测定对象分类可分为：1H-NMR谱（测定对象为氢原子核）、13C-NMR谱及氟谱、磷谱、氮谱等。有机化合物、高分子材料都主要由碳氢组成，所以在材料结构与性能研究中，以1H谱和13C谱应用最为广泛。NMR波谱按工作方式可分为两种：1、连续波核磁共振谱仪(CW-NMR)射频振荡器产生的射频波按频率大小有顺序地连续照射样品，可得到频率谱；2、脉冲傅立叶变换谱仪（PET-NMR）射频振荡器产生的射频波以窄脉冲方式照射样品，得到的时间谱经过傅立叶变换得出频率谱。连续波核磁共振谱仪由磁场、探头、射频发射单元、射频、磁场扫描单元、] 射频检测单元、数据处理仪器控制六个部分组成。磁铁用来产生磁场，主要有三种： 频率大的仪器，分辨率好、灵敏度高、图谱简单易于分析。用途除了运用在医学成像检查方面，在分析化学和有机分子的结构研究及材料表征中运用最多。1. 有机化合物结构鉴定一般根据化学位移鉴定基团；由耦合分裂峰数、偶合常数确定基团联结关系；根据各H峰积分面积定出各基团质子比。核磁共振谱可用于化学动力学方面的研究，如分子内旋转，化学交换等，因为它们都影响核外化学环境的状况，从而谱图上都应有所反映。2. 高分子材料的NMR成像技术 核磁共振成像技术已成功地用来探测材料内部的缺陷或损伤，研究挤塑或发泡材料，粘合剂作用，孔状材料中孔径分布等。可以被用来改进加工条件，提高制品的质量。3. 多组分材料分析材料的组分比较多时，每种组分的 NMR 参数独立存在，研究聚合物之间的相容性，两个聚合物之间的相同性良好时，共混物的驰豫时间应为相同的，但相容性比较差时，则不同，利用固体 NMR 技术测定聚合物共混物的驰豫时间，判定其相容性，了解材料的结构稳定性及性能优异性。此外，在研究聚合物还用于研究聚合反应机理、高聚物序列结构、未知高分子的定性鉴别、机械及物理性能分析等等。样品制备1、样品量不同场强需要的样品量不同，如300兆核磁、分子量是几百的样品，测氢谱大约需要2mg以上的样品，测碳谱大约需要10mg以上。600兆核磁测氢谱大约需要几百微克。2、氘代试剂的选择因为测试时溶剂中的氢也会出峰，溶剂的量远远大于样品的量，溶剂峰会掩盖样品峰，所以用氘取代溶剂中的氢，氘的共振峰频率和氢差别很大，氢谱中不会出现氘的峰，减少了溶剂的干扰。在谱图中出现的溶剂峰是氘的取代不完全的残留氢的峰。另外，在测试时需要用氘峰进行锁场。由于氘代溶剂的品种不是很多，要根据样品的极性选择极性相似的溶剂，氘代溶剂的极性从小到大是这样排列的：苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亚砜、吡啶、甲醇、水。还要注意溶剂峰的化学位移，最好不要遮挡样品峰。3、 是否必须加TMS测试样品加TMS(四甲基硅烷)是作为定化学位移的标尺，也可以不加TMS而用溶剂峰作标尺。谱图分析1. 解析核磁共振氢谱一般先确定孤立甲基及类型，以孤立甲基峰面积的积分高度，计算出氢分布；其次是解析低场共振吸收峰（如醛基氢、羰基氢等），因这些氢易辨认，根据化学位移，确定归属；最后解析谱图上的高级偶合部分，根据偶合常数、峰分裂情况及峰型推测取代位置、结构异构、立体异构等二级结构信息。2. 解析核磁共振碳谱一般先查看全去偶碳谱上谱线数与分子式中所含碳数是否相同？数目相同说明每个碳的化学环境都不同，分子无对称性；数目不相同（少）说明有碳的化学环境相同，分子有对称性；然后由偏共振谱，确定与碳偶合的氢数；最后由各碳的化学位移，确定碳的归属。3. 结合碳谱和氢谱C谱和H谱可互相补充。H谱不能测定不含氢的官能团，如羰基和氰基等；对于含碳较多的有机物，如甾体化合物，常因烷氢的化学环境相似，而无法区别，这是氢谱的弱点；而碳谱弥补了氢谱的不足，它能给出各种含碳官能团的信息，几乎可分辨每一个碳核，能给出丰富的碳骨架信息。但是普通碳谱的峰高常不与碳数成正比是其缺点，而氢谱峰面积的积分高度与氢数成正比，因此二者可互为补充。常见类型的有机化合物的化学位移4. 如何计算偶合常数？在网上有这样一个求助帖：请教偶合常数的计算， 比如 ：—OCH2CH3 这两个碳上的氢之间的化学位移差值一般超过2了，400M核磁，那再乘以400的话，偶合常数岂不是快一千了？首先我们得搞明白偶合常数的定义：自旋偶合会产生共振峰的分裂后，两裂分峰之间的距离（以Hz为单位）称为偶合常数。不是两组氢之间化学位移的差值，而是一组峰中相邻两个峰之间的化学位移的差值！可以从偶合常数看出基团间的关系，邻位偶合常数较大，远程偶合常数较小。还可以利用Kapulus公式计算邻位氢的二面角。对于有双键的化合物，顺式的氢之间偶合常数为6～10Hz，反式的氢之间偶合常数为12～16Hz。常见问题1、元素周期表中所有元素都可以测出核磁共振谱吗？不是。首先，被测的原子核的自旋量子数要不为零；其次，自旋量子数最好为1/2（自旋量子数大于1的原子核有电四极矩，峰很复杂）；第三，被测的元素（或其同位素）的自然丰度比较高（自然丰度低，灵敏度太低，测不出信号）。2、怎么在H谱中更好的显示活泼氢？与O、S、N相连的氢是活泼氢，想要看到活泼氢一定选择氘代氯仿或DMSO做溶剂。在DMSO中活泼氢的出峰位置要比CDCl3中偏低场些。活泼氢由于受氢键、浓度、温度等因素的影响，化学位移值会在一定范围内变化，有时分子内的氢键的作用会使峰型变得尖锐。3、怎么做重水交换？为了确定活泼氢，要做重水交换。方法是：测完样品的氢谱后，向样品管中滴几滴重水（不宜加入过多，一般1-2滴即可），振摇一下，再测氢谱，谱中的活泼氢就消失了。醛氢和酰胺类的氨基氢交换得很慢，需要长时间放置再测谱或者用电吹风加热一下，放置一会再进行检测。此时会发现谱图中水峰信号增强，在CDCl3中此时的HDO峰会在4.8ppm的位置。此外，甲醇和三氟醋酸都有重水交换作用，看不到活泼氢的峰。4、解析合成化合物的谱、植物中提取化合物的谱和未知化合物的谱，思路有什么不同？合成化合物的结果是已知的，只要用谱和结构对照就可以知道化合物和预定的结构是否一致。对于植物中提取化合物的谱，首先应看是哪一类化合物，然后用已知的文献数据对照，看是否为已知物，如果文献中没有这个数据则继续测DEPT谱和二维谱，推出结构。对于一个全未知的化合物，除测核磁共振外，还要结合质谱、红外、紫外和元素分析，一步步推测结构。5、配制样品为什么要用氘代试剂？怎样选择氘代试剂？因为测试时溶剂中的氢也会出峰，溶剂的量远远大于样品的量，溶剂峰会掩盖样品峰，所以用氘取代溶剂中的氢，氘的共振峰频率和氢差别很大，氢谱中不会出现氘的峰，减少了溶剂的干扰。在谱图中出现的溶剂峰是氘的取代不完全的残留氢的峰。另外，在测试时需要用氘峰进行锁场。由于氘代溶剂的品种不是很多，要根据样品的极性选择极性相似的溶剂，氘代溶剂的极性从小到大是这样排列的：苯、氯仿、乙腈、丙酮、二甲亚砜、吡啶、甲醇、水。还要注意溶剂峰的化学位移，最好不要遮挡样品峰。更多内容，请关注公众号：药品研发驿站发布于 2019-08-05 13:38赞同 11114 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录药
一文读懂核磁共振（NMR）（一） - 知乎
一文读懂核磁共振（NMR）（一） - 知乎首发于欢迎关注硕博测试圈公众号-更多测试资讯切换模式写文章登录/注册一文读懂核磁共振（NMR）（一）云云一、原理及产生1.核磁共振是指具有固定磁矩的原子核在恒定磁场与交变磁场的作用下，自旋核吸收特定频率的电磁波，从较低能级跃迁到较高能级，与交变磁场发生能量交换的现象。NMR信号时发射出的电磁射线的物理现象，与核密度成一定比例。因此可以用NMR信号来反映样品的化学结构、分子或原子的扩散系数、反应速率、化学变化以及其他性质。原子核的自旋运动,不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况。分类质量数原子序数自旋量子数INMR信号I偶数偶数0无II偶数奇数1,2,3，…（I为整数）有III奇数奇数或偶数0.5,1.5，2.5，…（I为半整数）有2.弛豫过程根据玻尔兹曼定律，受激态磁核与低能级磁核保持一定比例的平衡。受激态高能级磁核，失去能量回到低能级磁核的非辐射过程，称为弛豫。a.横向弛豫受激态高能级磁核将能量传递给同种低能级磁核，自身回到低能级磁核的过程。1/T1b.纵向弛豫:受激态高能级磁核将能量传递给周围的介质粒子，自身回复到低能磁核的过程。1/T2二、光谱类型原则上凡自旋量子数不为零的原子核均能测得 NMR信号，但目前为止仅限于1H、13C、19F、31P、15N等原子核，其中氢谱和碳谱应用最为广泛。三、基本参数1.化学位移在实际测定化合物时发现，分子中相同的原子核，由于所处的化学环境不同，屏蔽常数不同，其共振频率因而也不相同，也就是说共振频率发生了变化。产生这一现象的原因主要是由于原子核周围存在电子云，在不同的化学环境中，核周围电子云密度是不同的。当原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应磁场，核外电子对原子核的这种作用就是屏蔽作用。一般地，把分子中同类磁核，因化学环境不同而产生的共振频率的变化量，即在图谱上反映出谱峰位置的移动，称为化学位移。化学位移:同一种原子核在不同化学环境中具有不同的核磁共振信号频率，通常以四甲基硅烷为基准进行衡量。a.产生原理抗磁屏蔽效应:原子核外具有高度对称的电子云在外加磁场作用下，将产生相反方向的感应磁场。使磁核所受的实际磁场强度小于外加磁场强度H0。顺磁屏蔽效应:原子核外具有非球形对称的电子云在外加磁场作用下将产生同方向的感应磁场，使磁核所受实际磁场强度高于外加磁场强度H0。远磁屏蔽效应:除了磁核自身的核外电子云外，远处各类原子或基团的成键电子云也将产生感应磁场，使磁核所受磁场强度高于或低于外加磁场H0。2.自旋耦合和自旋分裂由于相邻磁核在外加磁场作用下发生取向，高分辨下将导致谱峰分裂。峰的裂分原因:相邻两个氢核之间的自旋耦合。3.共振信号强度核磁共振曲线上各峰积分面积对应于磁核数量，通过积分面积之比可以确定化合物的结构组成等定量信息。4.核磁共振谱图的形式谱图中化合物的信息(1)峰的组数:标志分子中磁不等价质子的种类，多少种H。(2)峰的强度(面积):每类质子的数目(相对)，多少个H。(3)峰的位移(δ):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H质子数。(5)偶合常数(J）:确定化合物构型。谱图解析(1)由分子式求不饱和度。(2)由积分曲线求各组1H核的相对数目。(3)解析各基团。(4)由化学位移，耦合常数和峰数目用一级谱解析氢核的化学结构单元。(5)推断结构并加以验证。解析补充：单键对不饱和度不产生影响，因此烷烃的不饱和度是0(所有原子均已饱和)。1.一个双键(烯烃亚胺、羰基化合物等)贡献1个不饱和度。2.一个三键(炔烃、腈等)贡献2个不饱和度。3.一个环(如环烷烃)贡献1个不饱和度。4.环烯烃贡献2个不饱和度。5.一个苯环贡献4个不饱和度。6.一个碳氧双键贡献1个不饱和度。7.一个-NO2贡献1个不饱和度。四、应用领域1.分子结构的测定。2.生物膜和脂质的多形性研究。 3.化学位移各向异性的研究。4.脂质双分子层的脂质分子动态结构。 5.金属离子同位素的应用。6.生物膜蛋白质--脂质的互相作用。 7.动力学核磁研究。8.压力作用下血红蛋白质结构的变化。 9.质子密度成像。 10.生物体中水的研究。11.T1T2成像。 12.生命组织研究中的应用。 13.化学位移成像。 14.生物化学中的应用。 15.其它核的成像。 16.在表面活性剂方面的研究。 17.指定部位的高分辨成像。 18.原油的定性鉴定和结构分析。19.元素的定量分析。 20.沥青化学结构分析。 21.有机化合物的结构解析。22.涂料分析。 23.表面化学。 24.农药鉴定。25.有机化合物中异构体的区分和确定。26.食品分析。27.大分子化学结构的分析。 28.药品鉴定。发布于 2021-09-29 13:55科研核磁共振赞同 733 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录欢迎关注硕博测试圈公众号-更多测试资讯硕博圈生活、实验、测试、资讯等相关
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波谱法_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心核磁共振波谱法播报讨论上传视频将核磁共振现象应用于测定分子结构的谱学技术收藏查看我的收藏0有用+10本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。核磁共振波谱法（英语：Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy，简称 NMR spectroscopy 或 NMRS ），又称核磁共振波谱，是将核磁共振现象应用于测定分子结构的一种谱学技术。核磁共振波谱的研究主要集中在氢谱和碳谱两类原子核的波谱。人们可以从核磁共振波谱上获取很多信息，正如同红外光谱一样，核磁共振波谱也可以提供分子中化学官能团的数目和种类，但除此之外，它还可以提供许多红外光谱无法提供的信息。核磁共振波谱对自然科学研究有着深远的影响，人们不仅可以借助它来研究反应机理，还可以用来研究蛋白质和核酸的结构与功能。供研究的核磁样品可为液体或固体。波谱这一译名是科学家丁渝提出的。中文名核磁共振波谱法外文名Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy领 域结构生物学功 能确定蛋白质三维结构特 点分辨率高目录1简介2历史3基本的NMR技术▪共振频率▪样品处理▪氘代NMR溶剂4相关谱5固态核磁共振光谱6生物分子核磁共振光谱▪蛋白质▪核酸▪糖类7另见简介播报编辑核磁共振波谱法（英语：Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy，简称 NMR spectroscopy 或NMRS），又称核磁共振波谱，是将核磁共振现象应用于测定分子结构的一种谱学技术。核磁共振波谱的研究主要集中在氢谱和碳谱两类原子核的波谱。人们可以从核磁共振波谱上获取很多信息，正如同红外光谱一样，核磁共振波谱也可以提供分子中化学官能团的数目和种类，但除此之外，它还可以提供许多红外光谱无法提供的信息。核磁共振波谱对自然科学研究有着深远的影响，人们不仅可以借助它来研究反应机理，还可以用来研究蛋白质和核酸的结构与功能。供研究的核磁样品可为液体或固体。波谱这一译名是科学家丁渝提出的。 [1]历史播报编辑哈佛大学的珀塞尔小组和斯坦福大学的布洛赫小组在1940年代末和50年代初独立开发了核磁共振波谱法。因为他们的发现，爱德华·珀塞尔（Edward Mills Purcell）和费利克斯·布洛赫（Felix Bloch）分享了1952年度的诺贝尔物理学奖。 [1]基本的NMR技术播报编辑共振频率当放置在磁场中时，核磁共振活性的原子核（比如1H和13C），以同位素的频率特性吸收电磁辐射。共振频率，原子核吸收的能量以及信号强度与磁场强度成正比。比方说，在场强为21特斯拉的磁场中，质子的共振频率为900MHz。尽管其他磁性核在此场强下拥有不同的共振频率，但人们通常把21特斯拉和900MHz频率进行直接对应。样品处理核磁共振波谱仪通常由一个旋转的样品架，一个非常强的磁铁，一个射频发射器和一个接收器组成，探头（天线组件）在磁铁内部环绕样品，可选择用于扩散测量的梯度线圈和电子设备来控制系统。旋转样品是平均扩散运动所必需的。而扩散常数（扩散有序光谱法或DOSY）的测量是在样品静止和离心的情况下进行的，流动池可用于在线分析工艺流程。氘代NMR溶剂NMR溶液中的绝大多数原子核属于溶剂，大多数常规溶剂是烃，并含有NMR响应的质子。 因此，氘（氢-2）被取代（99+%）。虽然氘氧化物 (D2O)和氘代DMSO(DMSO-d6)用于亲水分析物，氘代苯也是常见的，但氘代溶剂最常用的是氘代氯仿(CDCl3)。 取决于电子溶剂化效应，不同溶剂中的化学位移稍有不同。NMR波谱通常相对于已知的溶剂残余质子峰值，而不是添加的四甲基硅烷进行校准。 [1]相关谱播报编辑主条目：关联性磁振频谱相关谱（Correlation Spectroscopy）是二维核磁波谱的一种，常常简写为COSY。其它二维谱还包括J频谱（J-spectroscopy），交换频谱（EXSY，Exchange spectroscopy），核欧佛豪瑟效应频谱（NOESY，Nuclear Overhauser effect spectroscopy），全相关谱（TOCSY，total correlation spectroscopy），近程碳氢相关（HSQC，Heteronuclear single quantum coherence），远程碳氢相关（HMBC，Heteronuclear multiple bond coherence）等。二维谱在解析分子结构方面可比一维谱提供更多的信息，特别是用一维谱解析复杂分子结构遇到困难的时候，二维谱可以提供帮助。历史上首次二维谱实验方法由比利时布鲁塞尔自由大学（Université Libre de Bruxelles）教授让·吉纳（Jean Jeener）于1971年提出，之后其实验操作由沃尔特·欧（Walter P. Aue），恩里克·巴尔托尔蒂（Enrico Bartholdi）和理查德·恩斯特（Richard R. Ernst）完成，并于1976年发表。 [1]固态核磁共振光谱播报编辑液体核磁样品如果放在某些特定的物理环境下，是无法进行研究的，而其它原子级别的光谱技术对此也无能为力。但在固体中，像晶体，微晶粉末，胶质这样的，偶极耦合和化学位移的磁各向异性将在核自旋系统占据主导，在这种情况下如果使用传统的液态核磁技术，谱图上的峰将大大增宽，不利于研究。已经有一系列的高分辨率固体核磁技术被研发出来。高解析固体核磁技术包含两个重要概念，即通过高速旋转来限制分子自取向和消除磁各向异性，对于后者，最常用的旋转方式是魔角旋转（Magic angle spinning），即旋转轴和主磁场的夹角为54.7°。固体核磁技术常被用于膜蛋白，蛋白纤维和聚合物的结构探究，以及无机化学中的化学分析。但同样可被应用于研究于树叶和燃油。 [1]生物分子核磁共振光谱播报编辑蛋白质利用核磁谱研究蛋白质，已经成为结构生物学领域的一项重要技术手段。X射线单晶衍射和核磁都可获得高分辨率的蛋白质三维结构，不过核磁常局限于35kDa以下的小分子蛋白，尽管随着技术的进步，稍大的蛋白质结构也可以被核磁解析出来。另外，获得本质上非结构化（Intrinsically Unstructured）的蛋白质的高分辨率信息，通常只有核磁能够做到。蛋白质分子量大，结构复杂，一维核磁谱常显得重叠拥挤而无法进行解析，使用二维，三维甚至四维核磁谱，并采用C和N标记可以简化解析过程。另外，NOESY是最重要的蛋白质结构解析方法之一，人们通过NOESY获得蛋白质分子内官能团间距，之后通过电脑模拟得到分子的三维结构。核酸“核酸核磁共振”是利用核磁共振光谱学获得关于多核酸如DNA或RNA的结构和动力学的信息。截至2003年，所有已知RNA结构中近一半已通过核磁共振波谱法确定。核酸和蛋白质核磁共振波谱相似但存在差异。核酸具有较小的氢原子百分比，这是在NMR光谱学中通常观察到的原子，并且因为核酸双股螺旋是刚性的且大致线性的，所以它们不会自行折叠以产生“长程”相关性。通常用核酸完成的NMR的类型是H或质子NMR，13C NMR，15N NMR和31P NMR。 几乎总是使用二维核磁共振波谱方法，例如相关光谱学（COSY）和总相干转移光谱学（TOCSY）来检测穿透式核耦合，核欧佛豪瑟效应(Nuclear Overhauser effect)光谱法（NOESY）来检测彼此在空间上靠近的核之间的耦合。糖类糖类核磁共振光谱解决糖类结构和构象的问题。 [2]另见播报编辑核磁共振核磁共振成像核磁管丁渝新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000如何迅速看懂一张核磁共振氢谱图？ - 知乎
如何迅速看懂一张核磁共振氢谱图？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册有机化学分析化学核磁共振原子与分子物理如何迅速看懂一张核磁共振氢谱图？给没有相关专业背景的人讲解有机化合物的核磁共振，怎样简洁明瞭地阐释其核心或要点？显示全部 关注者402被浏览981,186关注问题写回答邀请回答好问题 821 条评论分享17 个回答默认排序知乎用户写在开头，如果你对本文有任何疑问，或者发现任何错误，请及时指出，我会及时做出更改。（别吝啬给个赞再走，我看到好多只收藏不点赞的白嫖，哼！）另外: 我真的没空解答问题，问的人太多了，而且我有自己的工作，我一天下来挺忙的。3. 核磁共振 Nuclear Magnetic Resonance （NMR）核磁共振有包含了 H1-NMR, C13-NMR, DEPT, COSY 等分析技术我先讲H1-NMR吧，其他的如果需要我再写（昨晚想了半天，不讲电子自旋没法解题，必须一步一步的来）3.1. H1-NMR 核磁共振氢谱化学位移（chemical shift）：同种核由于在分子中的化学环境不同而在不同共振磁感应强度下的吸收峰，这称为化学位移。屏蔽效应和化学位移起因：分子中磁性核不是完全裸漏的，质子被价电子包围着，这些电子在外界磁场的作用下发生循环的流动，会产生一个感应磁场，感应磁场与外界磁场相反，所以，质子实际上感受到有效的磁感应强度应是外界磁场强度减去磁场强度。B有效 = B0（1-\sigma）=B0-\sigma B0=B0-B感应 核外电子对核产生的这种作用称为屏蔽效应downfield ＆ upfield影响化学位移的因素3.1.1.电负性： 电负性大的原子（或者基团）吸电子能力强吸电子基团降低了氢核周围电子云的密度，屏蔽效应就降低了，质子化学位移向低场移动，左移同理，给电子基团-----》 氢核周围电子云密度上升 -----》 化学位移向高场3.1.2. 各向异性效应当分子中某些基团的电子云排布不成球形对称，它对临近的氢核产生一个各向异性效应的磁场，从而使得某些空间位置接受屏蔽，某些空间位置上去屏蔽（就是没有被屏蔽）以下，我给出三个例子，来自我的笔记（出处：基础有机化学邢大本）各向异性效应 例一各向异性效应 例二 例三（看不懂的字请问，怕我字体太难看，有些字你看不懂)下面我们说耦合常数 coupling constant想必，你们一定学了这个东西啦，耦合常数定义我就不给你写了，你书上写的比我说的要清楚，然后，你也应该n+1定律，不明白的话我再说一遍好啦所谓n+1信号，就是一个质子发生的信号会被分裂成两个（n个质子发生的信号会被分裂成n+1个）但是注意了，如果一个质子被两个质子裂分，的确会看到一个三重峰（被裂分成了2+1个峰），但是这仅仅是这个两个质子（-CH2亚甲基)是在同一个环境中，如果两个质子不是等位氢，那么你就会看到两个双重峰。所以我们看到三重峰啥意思呢？？有个碳旁边的一个碳，它是CH2两个二重峰啥意思？有个碳旁边有两个碳，每个碳上都有个H四重峰，旁边有 CH3, 双双双重峰，旁边有个三个CH（两个CH是双双重峰，三个就是双双双了，能理解？）下面我们看题不用看管其他，我们就看产物三，产物三给出了两组核磁共振氢谱，因为产物三用两种同分异体，化合物1在被硼氢化钠还原羰基的时候，出现了一个立体性选择的问题，所以导致了醇羟基不知道是上面还是下面，那么我们根据这个数值，来分辨以下，表1（左边）和表2（右边）各代表哪个产物。首先不要管羟基和胺上的H，题中说数据里没有给。我们看第一个结构式，里面有四个不同位置的氢，已经很好分辨是右表了，同理，第二个就是左表。但是我们一个一个分析每个氢的数据。第一个结构式H2 和 H3 不是同一个位置，所以他俩对H1的影响就会是一个双双重峰（double doublet）所以 H1 ---》 dd （double doublet）再看 H2 同理，一样被H1和H3裂分成一个双双重峰。我们再看 H3 被三个不同位置的氢裂分（H1 H2 H4) 所以你会看到 双双双重峰（double double doublet）H3 ---》ddd H4？ 周围只有H3，两个H3 所以被裂分为（注意是两个H3，相当于CH2，根据n+1）一个三重峰（triplet）问题来了，我们如何区分H1 和 H2 都是 双双重峰啊如果两个氢 为180° 则耦合常数在10-12hz，若是 60° 耦合常数在2-5hz我们画出椅式结构， 我们发现 H2 与 H3 是 60°，H1 和 H3 是 180°所以根据右表可以知道 J H1-H3 =10.2 Hz, JH2-H3 =4.4 Hz综上所述3.72 (2H, ddd, J 10.2, 8.5, 4.4 Hz) 为 H33.46 (1H, t, J 8.5 Hz) 为 H43.40 (2H, dd, J 12.7, 4.4 Hz) 为 H1 2.86 (2H, dd, J 12.7, 10.2 Hz) 为 H2对于左表，你喜欢的话，你也可以分析一下。给一个我的分析结果我们说一个简单的吧，看题首先 积分比为 1：3：6对应的分别是 七重峰 单峰 双重峰算一下不饱和度 （（4*2+2）-10）/2=0\frac{碳原子数\times 2 ＋2 - 氢原子数}{2}= 不饱和度 算不饱和度的目的是看这个结构式里有没有双键或者环。不饱和度=1 含有一个双键，或者环不饱和度=2 含有两个双键，或者一个三键，或者两个环，或者一个双键和一个环不饱和度=4 可能含有苯环这个结构式里面全部都是碳碳单键，因为不饱和度为0分析峰值 a. 七重峰 根据n+1，说明旁边有六个等位氢把一个氢原子裂分了很可能是 两个CH3 b. 单峰，说明有一个碳上一个氢都没有（当n=0时，n+1=1 单峰）c. 双重峰，说明一个氢被另外一个氢裂分，积分为6，说明有六个等位氢被一个氢裂分了。为什么是醚而不是醇？ 从峰的耦合常数我们可以看出来，与电负性基团相连（醚键），向低场位移。或者。。。。查红外光谱，看官能团的峰位。这时候就体现出红外的作用了。令群众要求，更新一下C13-NMR 和 COSY 所有内容都是全部手打，更新可能会很慢，也会很长，希望观看之余点个赞，谢啦3.2 C13-NMR 碳谱开始的时候先简单介绍下，让我们再回归到最开始的地方，自旋，而且我发现了一个很可怕的东西，我最开始没有讲自旋，那在这里我就慢慢的给大家介绍好了，我也是一个小菜B，化学学的一般，所以我就用我最浅显的语言来讲给大家好啦，以下的内容不会有太多像教科书上的东西，即使有，我也会解释的。看不懂的记得问我，现在我们开始。我们先说，自旋（spin），学过化学的都知道，大学化学里有很多奇奇怪怪超过人认知的东西，例如成键轨道，反键轨道，这些东西。我们看书，书上说“自旋是粒子的一个内禀性质”。故名思意，自旋就是自己转圈圈，我敢肯定，你脑子里的模型一定是一个地球在自转的样子，正好符合了自旋这个东西，但是事实不是的，你可以这样理解，事实上是粒子会自己产生一个角动量，然后形成‘自旋’这个东西。具体是如何产生的，可能以我的学识，给大家解释清楚特别困难，并且说多了就跑题了。综上所述，你要接受一个观点就是，一个粒子从‘出生’开始就带有一个内禀性质，这个性质叫做自旋（角动量），就像你出生就可以确定是男生还是女生了，或者是双性人。大概就这个意思。你接受这个观点以后，我们再继续往下进行，一个自旋为1/2的粒子，会产生一个磁场，而和外部的磁场相互作用就会让你看到核磁共振信号，但是自旋为0的粒子，就不会。例如C12他的自旋为0,没有核磁共振信号，但是C13就会产生核磁共振信号，因为C13的自旋为1/2.如果以上你没看明白，那么没关系，我们之间进入正题，C13-NMR（如果你没看明白还想去搞明白，那么建议你去B站搜妈咪说的视频，有一期讲自旋的，讲的特别详细）C13的化学位移是用四甲基硅烷作为标准的，规定四甲基硅烷的化学位移为0，然而，影响C13的化学位移因素特别多，电子屏蔽和周围电子云的密度都会有影响。废话不多说，直接上题。以下例题12道，都是我自己的笔记上来的，我们一边讲，一边学，希望你也可以把这12道题抄下来，仔细搞懂12道题。基本就没什么问题了。例1（当然我的答案给出来了。。。我懒得去答案了，我就来解释一下这些来源好了，我今天撑死写几个例子，我还要去学有机，这几天慢慢的给大家写完）我们看这个例子，一用四个峰，化合物结构式也给你了，要你匹配四个碳分别对应哪四个峰，这个化合物我们很清晰的可以看出，四个碳的化学环境不同，没有等位碳（看不出来的私我）第一点，先记住（敲黑板，划重点，记笔记）醚，酯，醇类的化合物，化学位移均在50-100解释：也就是是和醚，酯，醇，这些基团直接相链接的碳，它的化学位移大概在50-100那么为什么？解释：碳原子和氧原子相连，氧的电负性大，所以向低场位移（变大）这样我们就可以如图碳b的位置了吧。现在问题来了，碳a和碳c距离氧的位置一样啊，我该如何区分ac呢？第二点，一般情况下！二级碳的化学位移大于一级碳，同理三级碳的化学位移大于二级碳化学位移 3°＞2°＞1°碳a是一级碳，而碳c是二级碳，所以！ac的位置我们可以确定了。其次d就很好判断了，也因为d离氧最远，所以向低场位移（变小）看看我们从第一道题里学到了什么？醚醇酯的化学位移 碳的级数化学位移 和电负性原子越近化学位移越大，反之越远越小我们继续看题。。。例2化合物五个碳，峰有四个，c峰为最大，d为最小，a的高度为其他的二倍。化合物与碳b相连的两个甲基a为等位碳，其他都不存在等位碳。请问谁的化学位移最小？解释：碳d的化学位移最小，因为碳d为一级碳。问题又来了，a也是一级碳，为什么a的比d大？解释：因为，与a相连的是3级碳，而与d相连的却是2级碳如图，方框里的数字是我标记的相连碳的级数，例如碳a，他和三级碳相连，方框里数字就是3，而碳c他和两个一级一个二级碳相连（2+1+1）数字为4，其他同理所以，得出结论，如果碳的级数一样，谁链接的碳级数越大，谁的化学位移就高这也就是为什么a要大于d的原因。在解释c和d，以上很好判别，三级碳的位移要大于二级碳，我上面说过了，所以不做太多赘述。例3看这个题，我圆圈里写的数字就是和与之相连的碳的级数相加，例如碳b，和它相连的有两个一级碳（碳a）和一个二级碳，所以是4（2+1+1）。其他同理。看图谱，先找最低和最高，圆圈里面的数字最低是2，最高是5。分别对应碳e和碳c，最低和最高就找到了，其次碳a有两个等位碳，所以，最高的峰为是a。现在就是分清碳b和碳d，不用多说，b是4，d是3，所以b要比d大，依次判断。例4（翻译）如图是戊烷C-13NMR图谱，显示了三个信号化学位移分别是14，23和34ppm，请匹配这个三个化学位移分别对应哪一个碳。首先bc都是2级别碳，但是唯独a是一级碳，所以呢。。。a的化学位移最小。比较bc的化学位移还是看和它们相连碳的级数，圆圈里我算出来的分别是3和4，所以b大于c。例5一样的分析过程，一样的套路。我们就用这道题来结束一下烷烃的图谱吧。这道题我就不解释了，不懂得问我就好了。下面我们来说一个新的章节（我真的后悔写这个回答了，真的好长，我真的是在给自己挖坑填）化学位移和电负性的关系。如图可见，随着官能团上的原子电负性增加，其与之相连的碳的化学位移越来越大。（感谢 @求解小白 指出的错误，这里已经做修改）和电负性强的原子相连的碳，化学位移一定比没用相连的大，或者说靠近。下面给出几个例子左上，和氯直接相连的碳就要比没用链接的要大。图示（碳a大于碳c）右上，最右边的一级碳离氯的距离要比最右边的一级碳近，所以同样两个一级碳最左边的碳化学位移大。（无视一些标注数字，当时笔记有误,看我这里写的就行）左中，由于溴的电负性不大，所以碳a的化学位移并没有碳b大左下，碳a和碳b的链接数都是2，但是碘的电负性更小，所以b的化学位移大于a。上面给出了不同的醇的碳原子化学位移左边和右边的例子相比较都说明了碳相连的级数越高，化学位移越大。继续例题例6（翻译）如图所示图谱吧啦吧啦。。告诉你了这个物质分子式是C6H14O，通过图谱确定一下结构式吧。先算不饱和度，IHD（index of hydrogen deficiency）前面有说过怎么算的，忘了的回去翻。IHD=（2×6＋2-14）/2=0这说明化合物里面没用不饱和键，如果有的话，双键是1，三键是2，环是1，假设你计算出来IHD是3，可能的结构是1.含有三个双键，2，含有三个环，3，含有一个环两个双键，3，含有一个双键两个环，4，含有一个三键和一个环，5，含有一个三键和一个双键。既然没有双键，我们首先排除羰基和碳碳双键。可能的结构就是醇或者醚了，又碳峰比可知，有三个等位碳，其他三个碳并不等位我们可以知道可能存在的结构。因为醇和醚的化学位移都在50-100ppm左右，怎么判断呢，如果是醇的话只可能一个碳在50-100这个范围的化学位移，醚的话，和氧相连接的有两个碳，图中正好符合，在50-100直接有两个峰，所以是醚而不是醇，（醇C-OH,醚C-O-C)能理解吗？这个时候存在两种同分异构答案是1，但是为什么不是2，如果是结构式2，那么碳c和碳d当之无愧是前面两个峰(50-100ppm)因为他俩和氧相连接，那么最高的那个峰一定是a，可是碳a的链接数是3，碳b的链接数是5，理应碳b的化学位移大于碳a，但是图谱正好相反，所以结构式一完美的契合了。下面我们来说炔烃我们在计算炔烃相连的碳级数时，把碳碳三键的碳都当做二级碳。如图所示，炔烃的化学位移一般在70-100ppm第一个结构式我就不解释了，第二个结构式我们先计算出它们的相连碳级数，碳c为4所以化学位移要比碳b高，a比e高是因为e距离三键比a远。第三个结构式，我们可以看出，三键上的碳原子总要高于单键，其次我们再看相连碳级数。现在看例题例7题目说，这个化合物分子式是C6H10但是有两个同分异构体，请正确匹配每个同分异构体对应的结构式。第一步算IHDIHD=(2×6+2-10）/10=2不饱和度为2，可能情况是，两个双键，两个环，或者一个三键。双键的化学位移在100-150，图中最高没超过80，所以pass，如果是两个环，那么至少三个碳原子才能连城一个环，存在的环数为3元，或者四元，这两者都存在angle strain(我忘了中文叫啥了，不知道的朋友，你自己查一下吧）所以不稳定，其次峰比也对不上。所以只可能存在一个三键。题中已经给了提示，左边的是内部炔，右边是末端炔。先来看第一个，如果是内部炔，存在同分异构体可能为：只有第一个有六个信号峰，所以是第一个。第二个五个信号，第三个三个信号。再看末端炔，因为显示有一个峰比其他峰都高出三倍，说明存在C-(CH3)3所以没毛病吧例82-甲基-1-丁烯有五个信号峰，化学位移分别是12，22，31，109，148，请把每一个化学位移对应到每一个碳上。先计算相邻碳级数，a=3 b=4 c=3 d=4 e=2 (不会算的问我）109和148肯定是碳ab，由于b的级数大于a，所以b是148，a是109其次碳级数d＞c＞e，根据数字依次排列a为109 b为148 c为22 d为31 e为12例9分子式为C8H10,写出化学式。峰值比为1：2：1不饱和数算出来 IHD=（2×8+2-10）/2=4分子式可以一眼看出来绝对含有苯环，题目还限制了三个峰，所以为了保证对称性只可以链接对位，如果是邻位的两个甲基会有四个峰，如果间位会有5个峰值。a：b：c=2：2：4苯环上的碳化学位移为128.5左右，碳b相连级数高于碳c所以，c为129，b为135，a为21写在最后，可能要烂尾了，这个帖子是我大学闲得无聊写的，写起来每个图我还要自己去画，好麻烦，包括整理笔记，再转述出来，不能出错，挺累的，现在也工作了，我看有机会继续发布。另外不要私信我了，拜托拜托，私信的人好多我压根看不过来编辑于 2021-05-10 16:51赞同 2320177 条评论分享收藏喜欢收起知乎用户半懂不懂的进，因为你得明白啥是化学位移(判断大概基团)，耦合常数(判断氢键位置)，n＋1规律(判断峰重数与峰的裂分)笔记在最下面！(做题用)步骤:一，计算不饱和度二，排除溶剂峰及其对应水峰三，计算积分曲线四，计算耦合常数五，分析[例] 某未知化合物M的分子式为C9H8O3，其H-NMR谱(400 MHz,CD3OD)试解析推断其结构一，计算不饱和度Ω=(9×2-8+2)/2＝6饱和度＞4时大多时候含有苯环二，排除溶剂峰及其对应水峰CD3OD氘代甲醇:溶剂峰(3.30)水峰(4.8)排除水峰溶剂峰ABCD放大图三，计算积分曲线ABCD峰面积之比为1:2:2:1，推测为A:1H B:2H C:2H D:1H如果为ABCD为2442H，则有12H 但是化学式中总氢数为8＜12，所以只能是1221H共6个，至于剩下两个，可能是谱图没测出来。四，计算耦合常数J＝相邻两峰的化学位移之差×仪器磁场强度Ja=(7.48856-7.44877)×400＝15.9HzJd＝(6.20993-6.16963)×400＝15.9HzJc＝(7.34863-7.34372)×400＝8.7HzJb＝(6.71477-6.70982)×400＝8.7Hz五，分析part oneD: δ6.19(1H,d,15.9hz)一个氢邻近有一种化学环境的氢A: δ7.47(1H,d,15.9hz)一个氢邻近有一种化学环境的氢解:①化学位移δ6-7 ②J相近 ③一个氢(1H)邻近有一种(双峰d)化学环境的氢CH-CH①②③→典型双键又: 邻碳耦合: J(12-18)反式 J(6-12)顺式所以:反式双键(很典型，记住！)片段一part twoB: δ6.70(2H,d,8.7hz)两个氢邻近有一种化学环境的氢C: δ7.34(2H,d,8.7hz)两个氢邻近有一种化学环境的氢CH2-CHn解:①化学位移δ6-7 ②J相近 ③两个氢(2H)邻近有一种(双峰d)化学环境的氢①②③→对二取代苯环(很典型，记住！)片段二知道这里就差不多了，剩下的需要靠红外才能完全推测出相应结构，为化学结构检查答案现在我们根据它的化学结构再反推谱图试试对称结构对称结构(红线标记处为对称轴)→两个H1等价(所以用相同的编号表示)，同理，两个H2也等价。两个H1受H2影响，两个H2也受H1影响H3H4同理，所以耦合常数相等耦合常数相等而-OH和-COOH的信号没有体现出来所以积分曲线的计算少两个H笔记:知识补充一，反推谱图在这里还想说说能根据化学结构反推谱图更能说明你掌握了，举个例子除了得明白abc是什么峰还得知道怎么区分:a和c都是d峰，那在谱图中怎么区分呢？①a在低场(去屏蔽区 化学位移大)②a的耦合常数大二，常见的峰最典型的峰归纳基础峰练习(答案在下面)1.C3H6O22.C5H10O3.C2H4O4.C4H8O25.C8H8O6.C3H6O7.C4H10O28.C10H14O9.C8H9Br答案三，小试牛刀好，现在根据我举的例子再试一个，看看自己是否已经掌握。提示:饱和度5，可能有苯环bd为溶剂峰水峰积分曲线之比a:c＝1:3a(2H，s)， c(6H，s)，对称结构a苯环两个对称H，c两个对称-OCH3推测片段知道这么多就差不多了！大家再试试反推谱图看合不合理。如果以上知识都整明白了，那么一张氢谱图就能看懂个八九不离十了编辑于 2020-11-06 20:23赞同 59340 条评论分享收藏喜欢
核磁共振技术_百度百科
技术_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心收藏查看我的收藏0有用+10核磁共振技术播报讨论上传视频医学科术语本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。核磁共振技术可以直接研究溶液和活细胞中相对分子质量较小(20，000 道尔顿以下)的蛋白质、核酸以及其它分子的结构， 而不损伤细胞。与此同时，其可以解决蛋白质、DNA/RNA、碳水化合物的结构，可以鉴定动态特征。中文名核磁共振技术外文名Nuclear magnetic resonance (NMR) technology研 究细胞中相对分子质量较小开始时间1930年代目录1概念2发展历史3工作原理4学科分支5相关科研及成果6在生物研究上的应用7NMR发展动向概念播报编辑核磁共振，是指核磁矩不为零的原子核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂（Zeeman Splitting），共振吸收某一特定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振信号是大量核的贡献的总和。受激辐射和受激吸收 [1]的几率相同，此外，在射频场作用下的净跃迁由上下能级的布居数之差决定。发展历史播报编辑核磁共振技术的历史1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖 [2]。1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1950年度诺贝尔物理学奖。工作原理播报编辑核磁共振的基本原理是：原子核有自旋运动，在恒定的磁场中，自旋的原子核将绕外加磁场作回旋转动， 叫进动(precession)。进动有一定的频率，它与所加磁场的强度成正比。如在此基础上再加一个固定频率的电磁波，并调节外加磁场的强度，使进动频率与电磁波频率相同。这时原子核进动与电磁波产生共振，叫核磁共振。核磁共振时，原子核吸收电磁波的能量，记录下的吸收曲线就是核磁共振谱(NMR-spectrum)。由于不同分子中原子核的化学环境不同，将会有不同的共振频率，产生不同的共振谱。记录这种波谱即可判断该原子在分子中所处的位置及相对数目， 用以进行定量分析 [3]及分子量的测定，并对有机化合物进行结构分析。学科分支播报编辑核磁共振技术主要有两个学科分支：核磁共振波谱（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）和磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI [4]）。核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的，主要用于测定物质的化学成分和分子结构。磁共振成像技术诞生于 1973年，它是一种无损测量技术，可以用于获取多种物质的内部结构图象。由于核磁共振可获取的信息丰富，因此应用领域十分广泛，如分析化学、生 命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等等。在这诸 多应用中，生命科学方面的应用是近年来发展最为迅速的，已经成为当前核磁共振技术研究的热点。据不完全统计，从1985 年到 2001 年间发表在《Science》上的与核磁共振有关的 602 篇文献中有 80 % 属于生命科学。相关科研及成果播报编辑人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途 [5]，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术不断发展，从最初的一维氢谱发展到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强，进入1990年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。另一方面，医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象，利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息，从而精确绘制人体内部结构，在这一理论基础上1969年，纽约州立大学南部医学中心的医学博士达马迪安通过测核磁共振的弛豫时间成功的将小鼠的癌细胞与正常组织细胞区分开来，在达马迪安新技术的启发下纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特伯尔于1973年开发出了基于核磁共振现象的成像技术(MRI)，并且应用他的设备成功地绘制出了一个活体蛤蜊地内部结构图像。劳特伯尔之后，MRI技术日趋成熟，应用范围日益广泛，成为一项常规的医学检测手段，广泛应用于帕金森氏症、多发性硬化症等脑部与脊椎病变以及癌症的治疗和诊断。2003年，保罗·劳特伯尔和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔因为他们在核磁共振成像技术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。从70年代后期起，随着计算机和NMR在理论和技术上的完善，NMR无论在广度、深度上都获得了长足的发展，它已成为物理、化学、生物、医学和地学研究中必不可少的实验手段。在生物研究上的应用播报编辑生物膜上含有的H、C、P等具有非零自旋的磁性核 [6]，当与外磁场和射频场相互作用，并且满足共振条件时，将吸收射频场能量而发生自旋能级间的跃迁，这就是核磁共振(NMR)的基本原理。由于NMR技术可以对含水样品进行非破坏性测量，从而使观测能在接近生理条件下实现，并可通过生物膜上H、C和P进行综合研究，尤其是可以从原子或基团水平上提供分子的动态结构和运动的信息，是研究生物膜结构的有力工具。生物膜主要由蛋白质和脂质组成，结构比较复杂，而磷脂脂质体却能表现出生物膜结构的许多性质，是生物膜的理想模型。磷脂脂质体主要以凝胶相和液晶相存在，在凝胶相，分子的局部运动很慢，分子间和分子内的偶极相互作用没有被有效地平均，所以NMR谱线很宽，得到的信息非常少;而在液晶相，分子局部运动受到的限制减少，运动加快，从而使NMR谱线窄化，得到高分辨的NMR谱。NMR技术在生物膜结构研究中应用非常广泛。用H、C和P NMR谱可以鉴定磷脂的种类。通过弛豫时间测定的方法可以研究磷脂双分子层不同部位的流动性。将磷脂分子不同位置的氢选择氘代，用H四极分裂和P化学位移各向异性的方法可以研究磷脂脂酰链的流动性、极性基团的构象以及磷脂与其它分子的相互作用(蛋白质、药物和金属离子等)，利用P化学位移各向导性方法可以研究磷脂的多形性。近年来，随着NMR技术的发展，二维(2D)和固体高分辨NMR技术也被应用于生物膜研究领域，并且已成为非常重要的手段。利用通过化学键建立的相关谱(如COSY等)可以进行多组分磷脂或磷脂与其它分子混合体系每个基团的谱线归属。而通过空间建立的相关谱(如NOESY等)可以直接提供基团之间距离的信息，是研究膜脂结构以及与其它分子相互作用的有力工具。固体高分辨技术不仅可以研究液晶态的磷脂，而且可以应用于凝胶态磷脂的研究中。对于某一种磁性核，其磁矩在磁场中可以有不同的取向。对于质子而言，可以有两种取向，即与静磁场平行和反平行，前者属于低能态，后者属于高能态。如果在垂直于静磁场的方向上加一个射频场，当射频场的频率与核的Larmor频率(核磁矩绕磁场方向进动频率)相等时，处于低能态的核子便吸收射频能，跃迁到高能态。射频场去掉后，高能态的核子通过弛豫过程又回到低能态，从而就能观察到NMR的信号。弛豫过程有两种，一种是自旋—晶格弛豫，此过程用T1表示;另一种是自旋—自旋弛豫，用T2表示。T1是描述自旋体系吸收能量后将其能量转移给它周围环境而恢复到平稳态的时间，T2过程中自旋体系内部有能量的偶合，自旋体系总能量没有变化。弛豫时间与分子运动有关，通过弛豫时间的测定，可以研究生物膜各部位的流动性。生物膜C和P化学位移各向异性与运动有很大关系。所谓化学位移各向异性，是指核所处的静磁场方向改变，核的共振频率(即化学位移)就发生变化，由于I=的核周围电子密度分布是球对称，所以如果静磁场方向改变， 核的有效感应磁场也就随之变化，处于不同形态，其运动方式不同，因而化学位移被平均的取向也不同。通过P化学位移各向异性可以研究磷脂的多形性;此外，还可以用I=1的H各向异性(四极分裂)谱研究磷脂分子空间取向的平均分布信息。2D NMR有别于常规一维(1D)NMR的主要点在于1D NMR只涉及一个频率变量，是吸收峰强度对一个频率变量作图;而2D NMR谱则代表两个独立频率，是吸收峰强度对两个频率变量作图。一般将2D NMR实验分4个区域，即预备期、发展期(t1)、混合期(可以没有)和检测期(t2)。预备期是为了使磁化矢量达到适当的初始态而设置的，接着在发展期磁化矢量进行演化，在混合期内自旋系统发生相干转移，最后在检测期信号被检测。逐次改变t1反复循环累加，最后将所得数据进行两次傅里叶变换：即可得到2D NMR谱。2D NMR谱可分为通过化学键和空间建立起来的两类相关谱，两类2D NMR谱对谱线归属都非常重要，后者对于生物膜分子空间构象研究也非常有力。综上所述，核磁共振分析方法在生物研究 [7]上的应用主要有以下几个方面：测定溶液中生物大分子的三维空间结构；分析生物大分子在溶液状态下的分子动力学；研究蛋白质的相互作用和酶的作用机理等；解析固体膜蛋白和纤维蛋白的结构和运动性质；基于蛋白质靶点的药物筛选和设计；研究活体状态下生物分子的功能活动和生理代谢。NMR发展动向播报编辑NMR在21世纪的发展动向为以下几个方面：提高磁体的磁场强度：预期21世纪将会出现大于1GHz的NMR 谱仪，将使生物大分子的结构研究有重大突破。发展三维核磁共振技术（3D-NMR）：随着NMR谱在生物大分子结构分析中的应用，NMR技术所提供的结构信息的数量和复杂性呈几何级数增加。对三维空间的构象和大分子与小分子（或小分析与小分子）之间的相互作用等，二维核磁共振(2D-NMR)已显得无能为力了，因此要发展分子建模技术，利用NOE所提供的分子中质子间的距离信息来计算三维空间结构。固体NMR [8]和NMR成像技术：这在生命科学、生物医学和材料学中将是至关重要的，将会在分子结构特征和动态特征研究方面有所突破。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000NMR的基础知识【测定・解析】 | 化学空间 Chem-Station
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NMR的基础知识【测定・解析】
化学与生活
NMR的基础知识【测定・解析】
2018/2/23 化学与生活, 化学部落~~格格 NMR Comment: 0 Author: LuWenjie45,789views ■
NMR是化学行业必不可少的解析工具，因此小编在这篇文章里面对于NMR的测定，基本解析进行一个基础介绍，供刚上路的童鞋们一点参考
从NMR图表可以获得的信息
引用自JEOL RESONANCE
从傅里叶变换后的NMR图获得的信息大致分为以下三个。
化学位移（δ）
耦合和自旋耦合常数（J）
峰面积
接下来，就让我们来看看它们分别都代表什么。
1. 化学位移（δ）
原子核的周围被电子云包围。由于电子带有负电荷，所以如果它在被施加外部磁场B0的状态下在原子核周围循环，能够产生相反的感应磁场B’。
引用自网站
从而导致了，原子核感应的有效磁场B减小、也就是如下式子所示。
B ＝ B0 – B’
这被称为电子屏蔽效应。①当核周围的电子密度很大时 ②当环电流效应起作用时 电子屏蔽效应就越强。
氢核本身是完全相同的组成，但由于它放置的环境，核感应的磁场强度是不同的。这导致了激发波长（=共振频率）相对于标准来说产生了“位移”。这个就是我们所称的化学位移。也就是说，测定化学位移其实是看原子核所在的环境信息。
通常的1H-NMR测定中以TMS的甲基的化学位移（δ ＝ 0）为标准值参照物，单位为ppm。从过去的测量案例汇总中，可以大致了解各个化学位移对应大致的是什么结构（如下图所示）。
点击可以看大图，引用自网站http://www.compoundchem.com/2015/02/24/proton-nmr/
点击可以看大图，引用自http://www.compoundchem.com/2015/04/07/carbon-13-nmr/
2．耦合和自旋耦合常数（J）
当附近存在化学不等价的原子核时，这些原子之间相互影响并引起能级分裂。 这是一种称为耦合的现象。
在1 H-NMR图上，如果n个等价质子Hb存在于质子Ha的旁边，则观察到Ha的峰被裂缝成（n + 1）个。根据裂峰数量，每个峰值由以下符号表示。
单峰：singlet, s
双峰：doublet, d
三重峰：triplet, t
四重峰：quartet, q
宽峰：broad, br
例如，在下面的化合物中，Hb旁边有两个化学等价的Ha。因此，Hb的峰值为三重态（t），裂峰为2 + 1 = 3个。相反，从Ha的角度来看，由于旁边只有一个Hb，所以Ha的峰值是一个双峰（d），为1 + 1 = 2个。
引用自网站
耦合峰之间的间距也被定义为自旋耦合常数（J值）。由于各种类型的耦合具有完全相同的J值，所以J值是知道哪些核素彼此靠近的指标。J值可以按以下公式计算。
J（Hz）=测量频率（Hz）×化学位移差（Δδ，ppm）
例如，在用500MHz仪器测量1 H-NMR并计算化学位移差Δδ= 0.015ppm的情况下，J值可以计算为(500 x 106) x (0.015 x 10-6)= 7.5 Hz。
这种耦合原理也适用于异核物质。也就是说13C也能与1H可以很好地耦合。但是，如果打过碳谱得人都知道，13 C-NMR图谱本身特别简单。这是因为使用了抑制与1H的耦合的脉冲系列（解耦方法）进行测定后的结果。除了13C – 1 H耦合的信息量不多外，还有一点意思灵敏度不够。（解耦前后的对比图如下所示）
13C-NMR上1H-解耦后的效果对比 引用自http://slideplayer.com/slide/6505258/
3. 峰面积
傅里叶变换后得到的每个峰的面积值对应于核素的丰度比。
1H-NMR的定量性比较好，通过积分比可以得到同一环境下，氢核的存在比。
甲醇CH3OH的NMR图谱。三个CH与1个OH对应的峰的面积（积分值）为3：1
由于说到底也就是一个相对的比值，所以对于具有高对称性的等价质子结构，需要小心。同样重要的是要注意，酸性强的质子经常与重溶剂进行氘交换，常常导致定量性的损失。
而在13 C-NMR中，通过通常的测定方法不能用13C峰强度推定碳数，几乎不可能量化。
样品的制备方法
将需要测量的化合物（1H-NMR测定的时候数mg）、溶解于氘代试剂（约0.4 mL）中。将其置于NMR管中（外径约5毫米）并盖上。样品需要完全溶解，得到透明的澄清溶液。 如果含有不溶物质呈现悬浮状态，则不能获得高质量的数据。
1H-NMR测定的时候、需要用到重溶剂。如果使用含有许多质子的常用溶剂（轻溶剂），样品化合物的1 H峰将被覆盖掉。另外，在现代核磁共振测量中，重溶剂是必不可少的，因为磁场锁定氘标记。
尤其对于常规测量，常使用重氯仿（CDCl3）。 这是基于以下原因。
由于它只含有一个氘，因此可以廉价制造
由于沸点比较低，所以测量后可以将溶剂蒸馏掉，并且可以回收样品
可以溶解大多数有机化合物，自身反应性低
由于作为杂质的溶剂CHCl3难以被样品峰包覆，并且是单峰，容易区分。
氘代氯仿
解析实例
让我们看一个简单分子的1 H-NMR谱分析实例。从图表中获得的信息大致对应于以下内容。
峰面积 → 氢原子数
裂缝数 → 相邻氢原子的数
化学位移值 → 氢原子的电子环境（越缺电子越靠左）
封顶之间的间隔 → 哪个氢原子彼此相邻
醋酸
醋酸的1H-NMR图谱（CDCl3, 引用于SDBS）
解析非常简单。乙酸只有两种氢，甲基氢和羧基氢。由于不相邻所以互不影响、羧酸的proton的化学位移值在特征区（10~15 ppm）。
丙烯酸
丙烯酸的1H-NMR图谱 (CDCl3, 引用自SDBS)
丙烯酸包括直接连接至烯烃的三个非等价质子和一个羧酸质子。羧酸的氢的化学位移在特征区（10~15 ppm）。烯烃的氢，可以用Chemdraw等软件进行一个初期预测，出现在6ppm附近。上图给出了预测值与实际值的区别。
这次介绍的谱图相对简单。 而实际接触到的可能都是比较复杂的，所以希望大家在实践中不断地提高，积累知识。当然如果这篇基础篇能够对读者有所帮助，那小编的目的也就达到了。
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核磁共振波谱介绍（一）——NMR的发展、原理、应用及仪器特点 - 知乎
核磁共振波谱介绍（一）——NMR的发展、原理、应用及仪器特点 - 知乎切换模式写文章登录/注册核磁共振波谱介绍（一）——NMR的发展、原理、应用及仪器特点检测中心黄工未知成分分析，配方还原，检测分析，产品研发，产品技术核磁共振波谱介绍（一）NMR的发展、原理、应用及仪器特点 核磁共振波谱（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱被人们称为“四谱”，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，广泛应用于化学、食品、医药学、生物学、遗传学以及材料科学等学科领域，成为这些领域开展研究的不可或缺的分析手段。 那么你了解NMR技术是如何发展的吗？NMR信号的产生条件又是什么呢？是否所有的元素都能产生NMR信号？为什么NMR可以用于解析分子结构呢？为了让大家更好的理解和应用这项测试技术，本期测试技术微学堂带大家揭开NMR的神秘面纱。01NMR技术的诞生和发展The first part1945年，核磁共振现象由哈佛大学的Edward Mills Purcell和斯坦福大学的Felix Bloch发现。他们将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。由于这项重大发现，他们二人共同分享了1952年诺贝尔物理学奖。在以往的半个世纪中，NMR技术经历了几次飞跃。1945年发现了NMR信号，1948年建立了核磁弛豫理论，1950年发现了化学位移和耦合现象，1965年诞生了脉冲傅里叶变换技术，迎来了NMR真正的繁荣期；自从70年代以来，NMR发展异常迅猛，形成了液体核磁、固体核磁和NMR成象三雄鼎立的新局面。二维NMR的发展，使液体NMR的应用迅速扩展到了生物领域；魔角旋转、交叉极化技术及偶极去偶等技术，有力促进固态材料结构的研究和应用，在材料科学中发挥了巨大的作用；NMR成象技术的发展，使NMR进入了与人民生命息息相关的医学领域。目前，NMR技术已广泛应用于化学、食品、医药学、生物学、遗传学以及材料科学等学科领域，成为这些领域开展研究不可或缺的分析手段。///// 02NMR的基本原理The second part 核磁共振，顾名思义，系指原子核的磁共振现象。这种现象只有把原子核置于外加磁场中并满足一定外在条件才能产生。那么，元素周期表中是否所有元素的原子核都能产生这种现象呢？答案是否定的。只有显示磁性的原子核，在强磁场中才能产生核磁共振现象。因此，我们首先要认识哪些原子核在哪些条件下满足产生核磁共振的条件。1.原子核的磁性质 核磁共振的研究对象为具有磁性的原子核，而产生磁性的根本原因是这些核本身具有“自旋”特性。原子核是带正电荷的粒子，原子核的自旋必然导致电流的形成，旋转电流将产生感应磁场，从而显示磁性。但是，并非所有的原子核都具有自旋运动，原子核的自旋运动与自旋量子数（I）有关，只有I＞0的原子核才有自旋现象，显示磁性。I与原子序数（Z）和质量数（A）有关，原子序数和原子质量数都是偶数时，该原子核没有自旋，自旋量子数I=0。因而从表1可以看出，12C、16O等元素是无法产生NMR信号的。2.原子核在外磁场中的自旋运动——Larmor进动 磁性原子核的自旋运动通常是随机的，故对外不显磁性。当把自旋核放置于外加磁场时，核的磁性将会在外磁场中表现出来。以I=1/2（如1H核）为例，在外磁场（B0）的作用下，原子核在自旋的同时绕着磁场方向做回旋，与陀螺在地面的运动相类似，这种自旋运动和回旋运动加在一起称为进动，这个现象最早是Larmor发现的，因此被称为Larmor进动。1H核在磁场中做Larmor进动3. 原子核的自旋取向与能级状态 按照量子理论，自旋核在磁场中有不同的进动取向，每一种核有2I+1个取向。以1H核为例，当I=1/2时，有2I+1=2种取向，如下图所示。1H核在外磁场（B0）中的两种运动状态 自旋磁量子数m取值为m=1/2或m=-1/2，每一个取向对应一个能级。其中m=1/2的核磁矩与外磁场方向一致，能量更低，而m=-1/2的核磁矩与外磁场方向相反，能量更高。这两种能量是不连续的(量子化的)，因此就存在一个能级，这个能级称为核磁能级。 低能级的能量： 高能级的能量： 能极差： 其中，γ为旋磁比，是原子核的重要特性参数。 因此，若提供一个能量为ΔE的电磁辐射，则发生低能级向高能级的跃迁。1H核在外磁场（B0）中的核磁能级4. NMR信号的产生条件 在一定温度下且无外加辐射条件下，原子核的高能级和低能级的数目达到热力学平衡。在外磁场中，高能级和低能级的原子核满足玻尔兹曼分布，处于低能级的核比处于高能级的核略多一点。当有一个电磁辐射的能量ΔE'=hv恰好等于核磁能级差能量差ΔE时，低能级的核吸收电磁辐射能量被激发到高能级，将产生NMR信号。但随着实验的进行，低能级的核越来越少，最后高低能级的核数目相等，体系净吸收为零，共振信号消失，这种现象被称为饱和。当高能级的自旋核通过非辐射途径将能量释放，重新返回到低能级，这一过程称为弛豫。 对于不同种类的核而言，因旋磁比γ各异，故即使处于同一强度的外磁场中，发生共振所需要的辐射能量也不相同。因此，在某一磁场强度和与之匹配的特定射频条件下，只能观测到一种原子核的共振信号。而在有机化合物分子中，即使是同类型的核，每个核所处的化学环境不同，所受的电子屏蔽效应不同。因此，在同一频率的电磁辐射照射下，同类型的核也因所处的化学环境不同而产生稍有差异的NMR信号，从而产生不同的化学位移，这就是为什么NMR谱图可以用于解析分子结构的原因。///// 03核磁共振波谱仪The third part1.仪器 核磁共振波谱仪的构成主要有磁体、稳场及匀场系统、射频源、探头、接收系统、信号记录和数据处理系统，以及一些附件比如变温单元等。样品放入磁体探头中，被高能射频源照射，将激发样品中指定类型的原子核（如1H核）。被激发的自旋核绕外磁场进动，在探头的接收线圈中产生电流。电流信号被记录下来并通过数据处理系统转换成自由感应衰减信号（Free Induction Decay，FID）。FID是一个时域信号，通过傅里叶变换成频域信号即为NMR谱图。 最早的商业NMR谱仪诞生于1953年，使用永磁体或者电磁体提供质子共振的磁场，场强为1.41T、1.87T、2.20T或2.35T，对应质子的共振频率为60MHz、80MHz、90MHz或100MHz。 在高分辨率高灵敏度要求下，300~800MHz的高功率仪器被研究出来并广泛投入使用。分辨率通常指频率轴方向上分辨或区分不同谱峰的能力，目前分辨率最高的核磁共振仪是1.2GHz。所有100MHz以上的仪器都采用液氮冷却的超导磁体并在傅里叶变换模式下操作。其他基本要求还包括频率场的稳定性、磁场的均匀性和计算机界面，计算机用来采集数据、进行傅里叶变换，并进一步处理和分析谱图。 2.样品处理 核磁样品中应不含铁磁性、导电性物质。液体核磁的样品必须可溶才能进行检测。因仪器需要通过氘信号来锁场并稳定磁场，故通常采用氘代试剂作为样品的溶剂。氢谱实验的常规样品是在一个外径为5mm的玻璃管中加入5-10mg溶解在0.5ml溶剂中的化合物。若样品无法溶解，可采用固体核磁进行检测。固体核磁的样品最好为研磨均匀的粉末。因固体分子的运动比液体分子慢得多，谱线增宽效应严重，因此固体核磁相对液体核磁的分辨率更低。/////04NMR技术的应用The last part1.NMR在化学领域的应用 1.1 化学品和石油化学产品 沸石分子筛是重要的多相催化剂，广泛应用于现代化工和石油化工领域。固体NMR方法可以用于表征多相催化剂的结构信息，并提供催化反应相关的分子结构和动力学信息。而液体NMR方法则在化妆品、香水、洗涤剂、杀虫剂等低分子量化学品研究方面发挥重要作用。 1.2 材料化学 从聚合物到液晶再到建筑材料，NMR方法已经被用来研究多种材料的结构和分子动力学。NMR方法能够检测聚合物的微结构，包括聚合物立体化学、区域异构、分支和缺陷，还可以从不同时间尺度研究聚合物的链动力学。另外，液体NMR方法还可以进行高分子液晶的结构与取向性研究、高分子涂料的结构与功能研究等。而固体NMR方法则作为研究固体材料的有力工具，可以用于揭示电池材料、金属有机框架材料、半导体材料、纳米管/线等功能材料的结构与动力学特性。2. NMR在生物科学领域的应用 2.1 生物大分子结构与功能研究 NMR技术可以对蛋白质、核酸、以及蛋白质或核酸复合物进行结构测定与功能研究，这些研究可以揭示各种疾病或正常的生理过程。 2.2 代谢组学 代谢组学旨在对细胞、组织或有机体中的所有小分子进行全面的定性和定量分析，以研究内在和外在因素的相互作用。NMR方法能够检测、识别和测量整个代谢组学化学空间的代谢分子，通过一维质子核磁谱图提供独特的化学指纹，反映细胞生理状态的基本功能信息。3、NMR在制药领域的应用 NMR技术在药物研发中可以对原材料、活性药物成分、配方产品或生物样品中的新杂质、降解物和代谢物进行识别、表征和验证，从而进行化合物的结构确定、含量分析及杂质鉴定等研究。4、NMR在环境科学领域的应用 NMR是研究复杂系统的灵活工具，可以用于探索各种环境问题，有助于观察污染的影响和补救方法的有效性。NMR可以追踪各种污染物经历一系列不同环境（空气、水、土壤）和相态（液态、凝胶、固态）的过程，这种综合的多相NMR方法甚至可以凭借追踪生物代谢的能力，更深入地了解诸如气候变化等更微妙的应激源所带来的影响。NMR方法在生物体内和原位研究方面的能力使其成为环境科学家不可或缺的工具。我们的核磁共振波谱仪 最后，让我们一起了解2台核磁设备。分别有1台液体核磁和1台固体核磁。2台仪器的参数如下：400MHz 液体核磁共振波谱仪型号Bruker AVANCE NEO 400技术参数质子共振频率：400MHz磁场强度：9.4T腔体直径：54mm检测核范围：1H、19F以及共振频率在109Ag-31P之间的所有核灵敏度：1H ≥ 550:1（0.1% EB）13C ≥ 220:1（ASTM）主要规格：5mmBBO探头包含全自动调谐附件ATM和梯度线圈，自动进样器主要功能1H、13C、15N、19F、31P等常规一维核磁测试；DEPT（45、90、135）、APT、NOE等高阶一维核磁；COSY、HSQC、HMBC、NOESY、DOSY等二维核磁测试。400MHz固体核磁共振波谱仪型号Bruker AVANCE NEO 400 WB技术参数质子共振频率：400MHz磁场强度：9.4T腔体直径：89mm主要规格：4mmX/Y/F-H三共振宽带固体探头2.5mmX/F/H三共振宽带固体探头7mmX/F-H双共振宽带固体探头自动调谐探头主要功能该谱仪可以同时对H、F去偶测量杂核图谱，可采用CP/MAS、HPDEC技术。可开展1H、6,7Li、13C、15N、19F、27Al、29Si、31P等常规一维核磁谱图及相关二维核磁测试。参考文献[1]Lambert J B, Mazzola E P, Ridge C D. Nuclear magnetic resonance spectroscopy: an introduction to principles, applications and experimental methods[M]. 向俊锋, 周秋菊等. 北京: 化学工业出版社, 2021.[2]Silverstein R M, Webster F X, Kiemle D J, et al. Spectrometric identification of organic compounds[M]. 药明康德新药开发有限公司. 上海: 华东理工大学出版社, 2017.[3]刘娟, 陈志文, 廖苏, 等. 核磁共振波谱基本原理教学设计[J]. 广东化工, 2020, 47: 222-225.[4]Xiang Y, Li X, Cheng Y, et al. Advanced characterization techniques for solid state lithium battery research[J]. Materials Today, 2020, 36: 139-157.[5]Siegal G, Selenko P. Cells, drugs and NMR[J]. Journal of Magnetic Resonance, 2019, 306: 202-212.发布于 2023-07-10 20:24・IP 属地广东核磁共振核磁共振成像赞同 245 条评论分享喜欢收藏申请
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核磁共振是化学中不可缺少的工具，从结构的阐明和验证到反应的监测，如果没有这种强大的分析方法的话，有机化学的研究是无法想象的。在其他化学领域，核磁共振为催化剂的结构、电池中电解质的状态和反应等方面提供了罕见的洞察。
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