第4章 核磁共振課件

1、p1924年P(guān)auli W.假設(shè)-特定的原子核具有自旋和磁矩，放入磁場中會產(chǎn)生能級分裂p 1952年Standford大學(xué)的Bloch和Harvard大學(xué)的Purcell獨立證實了上述假設(shè)。獲Nobel Prizep 1953年，第一臺NMR儀器FT-NMRp 1991年，Ernst 對高分辨核磁共振方法發(fā)展（獲Nobel Prize）p 2002年 （生物大分子的核磁分析）NMR的研究對象-磁性核與電磁波的相互作用第四章核磁共振波譜法 (NMR)Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 原子是由原子核和電子組成的，而質(zhì)子原子是由原子核和電子組成的，而質(zhì)子

2、和中子又組成原子核。原子核具有質(zhì)量并帶和中子又組成原子核。原子核具有質(zhì)量并帶有電荷。某些原子核能繞核軸做自旋運動，有電荷。某些原子核能繞核軸做自旋運動，各自有它的自旋量子數(shù)各自有它的自旋量子數(shù)I，自旋量子數(shù)有，自旋量子數(shù)有0, l/2, 1, 32等值。等值。I=0意味著原子核沒有自旋。意味著原子核沒有自旋。(1)原子核的自旋4.1.1核磁共振的產(chǎn)生4.1 核磁共振原理原子核組成(質(zhì)子數(shù)p與中子數(shù)n)與自旋量子數(shù)I的經(jīng)驗規(guī)則：pp與n同為偶數(shù)，I = 0。如 12C, 16O, 32S等。pp + n =奇數(shù)，I =半整數(shù)(1/2, 3/2等)。p 如 1H, 13C, 15N, 17O, 3

3、1P等。pp與n同為奇數(shù)，I =整數(shù)。如2H, 6Li等。 I 0的核為磁性核，可以產(chǎn)生NMR信號。 I = 0的核為非磁性核，無NMR信號。I=1/2的原子核，其電荷均勻分布于原子核表面，這樣的原子核不具有四極矩，其核磁共振的譜線窄，最宜于核磁共振檢測。自旋量子數(shù)與原子核的質(zhì)量數(shù)及質(zhì)子數(shù)關(guān)系原子序數(shù) Z質(zhì)量數(shù) A自旋量子數(shù) I例奇、偶奇半整數(shù)I=1/2 1H; 13C; 15N;19F; 31P; 77Se 等I=3/2 7Li; 9Be;11B; 33S; 35Cl; 37Cl等I=5/2 17O; 25Mg;27Al; 55Mn 等奇偶整數(shù)I=1 2H; 6Li; 14N 等I=2 58

4、CoI=3 10B偶偶零12C; 16O; 32S 等1)I(I2hP（2）原子核的磁距與自旋角動量原子核荷正電，當(dāng)其繞軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電流，周圍形原子核荷正電，當(dāng)其繞軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生電流，周圍形成磁場，使得原子核存在磁距成磁場，使得原子核存在磁距。磁距磁距與自旋角動量與自旋角動量 P成正比，比例常數(shù)為成正比，比例常數(shù)為 ： = P 稱為磁旋比，是原子核的重要屬性。稱為磁旋比，是原子核的重要屬性。P是量子化的，為自旋量子數(shù)I決定。自旋量子數(shù)為 1/2 的常用核的 NMR 性質(zhì)同位素核磁旋比(radius T-1s-1)天然豐度(%)相對靈敏度1H2.6810899.981.0013C6.731071.

5、110.01615N-2.71070.3719F2.52108100.000.8331P1.08108100.000.066(3)磁性核在外加磁場中的行為圖1: (1)無外加磁場時，樣品中的磁性核任意取向。(2)放入磁場中，核的磁角動量取向統(tǒng)一，與磁場方向平行或反平行（I=1/2核） 在一般情況下，自旋的磁矩可任意取向，但當(dāng)把自旋的原子核放入外加磁場(Ho)中，除自旋外，原子核還將繞Ho運動，由于磁矩和磁場的相互作用，核磁矩的取向是量子化的。核磁矩的取向數(shù)可用磁量子數(shù)m來表示，mI、I-1、I-2，,-(I-1)，-I。共有(2I+l)個取向，而使原來簡并的能級分裂成2I+1個能級。圖2: (

6、1)無外加磁場時，磁性核的能量相等。(2)放入磁場中，有與磁場平行（低能量）和反平行（高能量）兩種，出現(xiàn)能量差E=h。每個能級的能量：每個能級的能量： E = - E = - H HB B0 0B0為外加磁場強度，為外加磁場強度，H為磁距在外磁場方向的分量，為磁距在外磁場方向的分量， H =mh/2。 E= - mhB0/2（3）核磁共振的產(chǎn)生量子力學(xué)模型：在外加磁場中，自旋的原子核具有不同的能級，能級之間差為：00212122BhmBhEEE（選律（選律 m = m = 1 1） = B0 0 /2h = E=hB0/2如用一特定的頻率的電磁波照射樣品，并使原子核即可進行能級之間的躍遷, 產(chǎn)

7、生核磁共振吸收。 自旋量子數(shù)為1/2的核核磁矩與能級的關(guān)系 (a)地球重力場中陀螺的進動 (b)磁場中磁性核的進動核的進動圓頻率： = 2 = B B0經(jīng)典力學(xué)模型：=B0/2 靜磁場中，磁性核存在不同能級。用一特定頻率的電磁波(能量等于E)照射樣品，核會吸收電磁波進行能級間的躍遷，此即核磁共振。 E =h = (h/2) B0 = B0 /2核磁共振的基本方程式核磁共振的基本方程式核磁共振的基本方程式核磁共振的基本方程式不同核的NMRB0 = 2.35T核天然同位素存在比(%)E (J) (MHz)1H99.986.6 x 10-2610013C1.1*1.7 x 10-262519F100

8、6.2 x 10-269431P1002.7 x 10-2640.514N99.630.5 x 10-26715N0.37*0.6 x 10-261017O0.037*0.9 x 10-2613.5*天然豐度越低，測定越困難。B0 = 2.35T（特士拉）： = 25MHz時，13C共振；分別為100MHz、94MHz、40.5MHz時，可分別觀測1H, 19F, 31P核的吸收。磁性核的共振頻率與外加磁場成比例： B B04.1.2馳豫過程 Relaxation Process 熱平衡時各能級上核的數(shù)目服從Boltzmann分布N / N= exp(- E / kT) E =h = h B0

9、 /2 N / N = exp(-h B0 /2kT)N ：高能級的原子核數(shù)N ：低能級的原子核數(shù)k：Boltzmann常數(shù)，1.3810-23JK-1若1 1H H 核，B0 = 4.39T, 20C時，則：N / N = exp-(2.681086.6310-344.39) / (21.3810-23293) = 0.999967對于106個高能級的核，低能級核的數(shù)目： N = 106/ 0.999967 = 1,000,033(a)核在態(tài)與態(tài)間達(dá)到熱平衡的狀態(tài)。(b)比(a)處于高熱能的狀態(tài)，不再有熱平衡(c)兩能級間原子核數(shù)目相等的飽和狀態(tài)，在馳豫之前不再有凈能量吸收馳豫過程：飽和狀態(tài)

10、時觀測不到NMR信號。要觀測到凈能量吸收，必須有核從態(tài)返回態(tài)，此即馳豫過程。即必須保持上圖的(a)或(b)狀態(tài)。 自旋-晶格馳豫(spin-lattice relaxation)：高能級核返回低能級時失去能量，該能量被周圍分子吸收轉(zhuǎn)變成熱運動，稱自旋-晶格馳豫。晶格既可以是結(jié)晶晶格，也可以是溶液中待測分子的溶劑分子群。自旋-晶格馳豫反映體系與環(huán)境的能量交換。自旋-晶格馳豫速度服從一級反應(yīng)速率方程，自旋-晶格馳豫的時間用T1表示。 自旋-自旋馳豫(spin-spin relaxation)：樣品分子核之間的相互作用。高能態(tài)的核把能量傳給低能態(tài)而自己回到基態(tài)。這種弛豫不改變高、低能級上核的數(shù)目，但

11、任一選定核在高能級上的停留時間(壽命)改變。自旋-自旋馳豫的時間用T2表示。馳豫的兩種方式： 弛豫時間影響譜線寬度；測定核的T1 、T2 ， 它們是解析結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)。4.1.3NMR信號的靈敏度N / N = exp( E / kT) = exp(h B0 /2kT)由于 E / kT很小， N / N 1+ E / kT = 1+h B0 /2kT N B0，即：低能級核的數(shù)目與磁場強度呈線性關(guān)系，NMR信號的強弱隨磁場強度成比例增加53年第一臺儀器：B0 =0.7T，1H共振于30MHz93年前后，用于NMR的超導(dǎo)磁體場強達(dá)17.5T，1H共振于750MHz4.2 核磁共振參數(shù)4.2.1

12、化學(xué)位移 chemical shift核磁共振條件: = B0 /2。依此公式，只有單個質(zhì)子峰未考慮核外電子云的影響。實際上質(zhì)子受到屏蔽作用氫核實際所受的磁場為：B0-Be = (1-) B0= (1-) B0/ 2 ：屏蔽常數(shù)即：1H核所處的化學(xué)環(huán)境不同，不同，也不同。特定質(zhì)子的吸收位置與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)子的吸收位置之差，稱為該質(zhì)子的化學(xué)位移化學(xué)位移，用(ppm)表示。乙醇的氫譜)ppm(106標(biāo)標(biāo)樣乙醇的氫譜1H-NMR： TMS13C-NMR： TMS14N, 15N-NMR： 液NH317O-NMR： H2O19F-NMR： CFCl331P-NMR： 85%H3PO4SiCH3CH3H3CCH

13、3NMR標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的選擇標(biāo)準(zhǔn)禿核(無屏蔽作用)或電子云密度非常大的核(屏蔽作用非常大， = 0)，例如：TMS 四甲基硅烷TMS的優(yōu)點優(yōu)點1）單峰：TMS中所有質(zhì)子等同，只有一個吸收峰2）TMS的屏蔽系數(shù)幾乎比所有其他物質(zhì)的都大(電子云密度大)， 處在高場位置，化學(xué)位移定為零，則其他化合物H核的共振頻率都 在左側(cè)3）一個分子中有12個等價H和4個等價C，故加入低含量如1-5% v/v 的TMS可得到足夠強的尖峰。4）TMS穩(wěn)定，在大多數(shù)有機液體中的溶解性好，沸點低(b.p. = 27C)，蒸汽壓高，可揮發(fā)除去，便于回收樣品。5）TMS不溶于水，對于水溶液，有DDS和TSP-d4等鈉鹽替代 品。它

14、們的甲基H在幾乎與TMS相同的位置出峰，亞甲基H 出一系列小峰，市售亞甲基H均為氘代產(chǎn)品。4.2.2自旋-自旋耦合spin-spin coupling與耦合常數(shù)核自旋通過成鍵電子與附近相鄰磁性核自旋間的相互作用所引起的NMR譜線分裂現(xiàn)象。以下列分子結(jié)構(gòu)單元為例分析譜線裂分現(xiàn)象： CCHHHHHCH2對CH3的影響B(tài)0(2)(3)(1)(4)Field directionPossible spin orientations of methylene proton自旋同時相反， CH3三重峰右邊的第一個峰。(1) (4) 自旋同時相同， CH3三重峰左邊的第一個峰。(2) (3) 自旋相反，影響抵

15、消。中間峰裂分為3， 峰面積比1:2:1。CH3對CH2的影響B(tài)0可能的組合方式: 23=8種中間6組為兩組等同的磁效應(yīng)裂分為4峰面積比為1:3:3:1相鄰原子上的質(zhì)子數(shù)以n表示，則簡單氫譜NMR譜線的裂分?jǐn)?shù)為n+1。譜線分裂數(shù)的譜線分裂數(shù)的n+1n+1規(guī)則規(guī)則: :(a+b)n展開式的各項系數(shù)n n二項式展開系數(shù)二項式展開系數(shù)峰型峰型111 2 13 3 11 4 6 4 11 5 10 10 5 1012345單峰單峰雙峰雙峰三重峰三重峰四重峰四重峰五重峰五重峰六重峰六重峰耦合常數(shù)耦合常數(shù)J J (coupling constant)譜線裂分產(chǎn)生的裂距，反映兩個核之間的作用力強弱，單位Hz

16、。與兩核之間相隔的化學(xué)鍵數(shù)目關(guān)系很大：nJ：n化學(xué)鍵的個數(shù)。同碳上的氫，無耦合。不同種磁性核時，有耦合。相鄰碳上的氫。如HA-CH2-CH2-HB, HA與HB的耦合。相隔4個化學(xué)鍵，耦合作用很弱。2J:3J:4J:v偶合常數(shù)物理意義；質(zhì)子相互間偶合作用的大小，表征分子結(jié)構(gòu)和構(gòu)型的參數(shù)；偶合常數(shù)的大小，可以決定相互偶合質(zhì)子的位置。一級譜一級譜 由一級偶合而得到的由一級偶合而得到的NMR譜。一級偶合指分子中譜。一級偶合指分子中核之間相互作用時，僅產(chǎn)生簡單的裂分行為，且核之間相互作用時，僅產(chǎn)生簡單的裂分行為，且兩組偶合核之間的化學(xué)位移之差遠(yuǎn)大于它們之間兩組偶合核之間的化學(xué)位移之差遠(yuǎn)大于它們之間的偶

17、合常數(shù)，即的偶合常數(shù)，即/J6。高級譜高級譜 兩個相互偶合的核，兩個相互偶合的核，/J6時，核之間相互作用時，核之間相互作用加強，而化學(xué)位移又相差不大，這時偶合作用會加強，而化學(xué)位移又相差不大，這時偶合作用會造成躍遷能級的混合，引起譜線的位置和強度的造成躍遷能級的混合，引起譜線的位置和強度的變化，變化，NMR譜圖不再符合譜圖不再符合“n”規(guī)則。規(guī)則。4.2.3峰面積反映某種原子核的定量信息。反映某種原子核的定量信息。各峰組的面積之比各峰組的面積之比反映了各官能團的反映了各官能團的氫原子數(shù)之比氫原子數(shù)之比(1)常見官能團的氫譜A) CH30.9 ppm (飽和)在高場出峰，峰強，易于辨認(rèn)0.8

18、1.2; 2.12.6; 2.2 3.2; 2.0 2.7; 3.2 4.0 1H(CH3)(1)烷基：02 ppm (烷烴)CH3HCOCH3OCH3CCH3CH3N4.2.4影響化學(xué)位移的因素B) CH2CH2CH3H3CCH2ORH3CCH2HCH3CO 1H(CH2)1.17 2.473.40C) CH一般比CH2的值大0.3ppmCH2YX(2)烯：HaCHbCXHc一般1Hc最大。(3)苯環(huán)：無取代基時，47 ppm (6.5 ppm左右較普遍 )1H=7.3 ppm, 單峰A) 單取代a.烴基單取代HCCHRCH3HCCCRCH2一組峰，分辨不開OHORNH2NHRNRRb.鄰對

19、位單取代*鄰對位質(zhì)子受屏蔽作用，在高場，分辨不開間位質(zhì)子在低場，三重峰c.間位單取代CHOCORCOORCOOHCONHRNO2N NSO3HAr苯環(huán)電子云密度降低，鄰位質(zhì)子受影響大Jab：7 10 Hz ； Jac：2 3 Hz ；Jad：0 1 Hz HaHbHdHc鄰位質(zhì)子受去屏作用，大，粗略呈雙峰；其它質(zhì)子位移不大。B) 二取代a.對位二取代最具特色，兩對3J耦合四重峰，左右對稱NH2NO2AABBHA = 7.27-0.8+0.3 = 6.77HB = 7.27+1.0-0.15 = 8.12o-NO2:1.0; m-NO2: 0.3o-NH2: 0.8; m-NH2: 0.15b.

20、鄰位二取代相同取代基時，譜圖左右對稱不同取代基時，譜圖復(fù)雜c.間位二取代譜圖復(fù)雜。中間質(zhì)子顯示粗略單峰。*4)活潑氫：OHNH2SH COOH值變化大。易受溫度、添加重水、改變?nèi)軇┘八岫鹊挠绊懘糘H3.0-6.0 ppm(CCl4等惰性溶劑)羧酸COOH10-13 ppm脂肪胺NH20.5-5.5 ppm一般不產(chǎn)生峰的裂分，對相鄰C上的H影響復(fù)雜活潑氫1）惰性溶劑稀釋，移向高場。 甲醇OH的甚至可降至負(fù)值。2）活潑氫形成氫鍵，去屏作用， 增加。3）活潑氫易發(fā)生質(zhì)子交換，屬于特定分子 的時間短，峰不裂分， 可變。4）重水可以確認(rèn)活潑氫ROH+RODD2O+ HOD=4.7 ppmCH3OHA+

21、CH3OHB+CH3OHBCH3OHARNHA+ RNHBRNHB+ RNHACH3OHA+ HBOHCH3OHBHAOH+OOHAHBOOHAHBOOHBHA（2）影響因素取代基的電負(fù)性屏蔽作用電子云密度電負(fù)性化學(xué)位移與CH3連接基團的電負(fù)性對其質(zhì)子化學(xué)位移的影響 化合物 (CH3) (CH3)4-Si, TMS 0.0 定義 (CH3)3-Si(CD2)2CO2-Na+, TSP-d4 0 CH3I 2.2 CH3Br 2.6 CH3Cl 3.1 CH3F 4.3 CH3NO2 4.3 CH2Cl2 5.5 CHCl3 7.30.511.522.533.544.522.533.544.5E

22、lectronegativity of XCH3-FCH3-OCH3-NCH3-CCHCH3 3XX的質(zhì)子位移的質(zhì)子位移相連碳原子的S-P雜化 CH3-CH3 CH2=CH2 CHCH 0.9 5.8 2.9酸度順序 (3) (2) (1)C雜化形式 SP3 SP2 SP屏蔽作用減弱屏蔽作用減弱環(huán)狀體系的環(huán)電流效應(yīng)以苯環(huán)為例以苯環(huán)為例 （環(huán)外（環(huán)外H與磁場同向）與磁場同向）環(huán)外氫: 順磁效應(yīng),去屏蔽 環(huán)內(nèi)側(cè)氫: 逆磁效應(yīng),屏蔽HCH3CH3CH2H2CH2CCH2CH2 7.3 2.3 2.0 -1.0電子數(shù)滿足4n+2的環(huán)狀多烯=9.3=-3.0甲基1H, =-4.2B.烯烴的各向異性HRO

23、HOHROOHR2NO=9.7 =10.0 =8.0 =7.8 雙鍵C上的氫：去屏蔽作用，值高于飽和C雙鍵平面上下方：逆磁效應(yīng)，屏蔽作用C.炔烴的各向異性叁鍵C上的氫受屏蔽作用4.2.5NMR解析舉例1) C5H10O2（1 1）H H數(shù)目數(shù)目 6 6：4 4：4 4：6 = 36 = 3：2 2：2 2：3 3（2 2）不飽和度）不飽和度=1 =1 有一個雙鍵有一個雙鍵（3 3） =3.6=3.6處為單峰處為單峰O O可能的結(jié)構(gòu)可能的結(jié)構(gòu)CHCH3 3OCOC =0.9=0.9處三重峰為是典型的處三重峰為是典型的CHCH2 2CHCH3 3峰峰 =2.2=2.2處三重峰為羰基相鄰的處三重峰為

24、羰基相鄰的CHCH2 2的兩個質(zhì)子的兩個質(zhì)子另一個另一個CHCH2 2在在 =1.7=1.7處產(chǎn)生處產(chǎn)生1212個峰（個峰（4 4 3 3），但儀），但儀器分辨率不夠，只看到器分辨率不夠，只看到6 6個峰。個峰?？赡艿慕Y(jié)構(gòu)可能的結(jié)構(gòu) O O CH CH3 3O CCHO CCH2 2CHCH2 2CHCH3 3簡化圖譜的方法簡化圖譜的方法去耦去耦為使譜圖簡化，除去相鄰核間的耦合作用的方法。醋酸異丙酯的1H-NMR(100MHz)。雙重照射去耦的譜圖變化實例。(a)常法測定的譜圖。(b)照射最右端的兩個甲基質(zhì)子去其耦合作用 (c)去次甲基質(zhì)子的耦合作用用兩個電磁波發(fā)生器，掃描第一個發(fā)生器，（A核

25、的共振頻率1 ），用2的強電磁波照射，使B核共振達(dá)到飽和。雙重照射法除去B核對A核的影響。雙照射方法雙照射方法NOE效應(yīng)（核歐沃豪斯效應(yīng)） 1965年歐沃豪斯（Overhauser）發(fā)現(xiàn)，在核磁共振中，當(dāng)對某一核進行雙照射使之達(dá)到飽和后，與其相鄰而彼此又不存在偶合作用的另一核的共振信號強度增加，這種效應(yīng)即稱為NOE. 應(yīng)用：（a）增強較弱的信號，特別是13C的 NMR。 （b）區(qū)別異構(gòu)體。 4.3 核磁共振波譜儀4.3.1NMR儀器的基本構(gòu)成外加磁場探頭高頻電磁波發(fā)生器及接受器數(shù)據(jù)處理及記錄主要配置和出廠技術(shù)指標(biāo)：主要配置和出廠技術(shù)指標(biāo)： 磁場強度：11.7T；質(zhì)子共振頻率：500MHz；三個

26、輻照通道 1 10mm 、5mm 寬帶探頭：多核（15N31P）；變溫范圍：-150200；13C 分辨率 190:1； 2 5mm 反式探頭（ID）：1H15N31P；梯度場；變溫范圍：-2080 ；1H 分辨率 660:1 ； 3 5mm 三共振探頭：1H13C/15N/或31P；梯度場；變溫范圍：050 ；1H 分辨率 600:1 ；型號：Varian INOVA500NB (1) NMR用磁鐵強弱：磁場強度B B0，單位：T習(xí)慣用氫核的共振頻率來表示。如100M的儀器，B0=2.35T。永久磁鐵永久磁鐵permanent magnetpermanent magnetB B0 2.1T，

27、簡單、經(jīng)濟耐用。重量輕(如60MHz，350kg)。電磁鐵電磁鐵 electromagnetelectromagnetB B0 2.35T(100MHz以下)。需強大電流產(chǎn)生磁場(60MHz時3.5kW)，并需水冷保持溫度恒定以使磁場強度穩(wěn)定。較重，且耗電量大。超導(dǎo)磁鐵超導(dǎo)磁鐵 superconductive magnetsuperconductive magnet利用鈮鈦合金在液氦中(溫度4K)的超導(dǎo)性質(zhì)。只要不破壞超導(dǎo)狀態(tài)，及時補充液氦，則磁場強度不變。液氮液氮液氦液氦超超導(dǎo)導(dǎo)線線圈圈磁場強度與靈敏度、分辨率的關(guān)系磁場強度與靈敏度、分辨率的關(guān)系 磁場強度越強，低能級上核的數(shù)目越多， 靈敏度

28、越高100 MHz時，N比N多17200 MHz時，N比N多33300 MHz時，N比N多50 磁場的均一性越好，分辨率越高 磁場越強，以頻率表示的化學(xué)位移越大， 分辨率越高（a）連續(xù)波NMR儀器(CW-NMR)核磁共振條件： = B0 /2 掃頻方式(frequency sweep)：固定B0，掃描電磁波頻率 掃場方式(field sweep)：固定，掃描磁場強度B0CW-NMR儀器的不足：連續(xù)變化一個參數(shù)使不同基團的核依次滿足共振條件任一瞬間只有一種原子核處于共振狀態(tài)，其它核處于等待狀態(tài)結(jié)果： 樣品利用率低，靈敏度低，分辨率低(2)(2)電磁波發(fā)生器電磁波發(fā)生器（b） FT-NMR特點：特

29、點：磁場強；強而短的脈沖(高頻脈沖) 在這一脈沖下，所有的核都發(fā)生共振。脈沖停止后，這些核都產(chǎn)生相應(yīng)的核磁共振信號。這些信號含多種頻率，總信號是多種頻率信號的疊加，這些信號以時間為變量，也是隨時間衰減的。因此，信號是時間的函數(shù)(時域譜)，通過FT轉(zhuǎn)換變?yōu)轭l域譜。dtetfFti)(21)(脈沖FT-NMR的優(yōu)點3. 通過增加重復(fù)累積測量次數(shù)使樣品測量信號平均化， 降低噪聲，可提高S/N比。故FT-NMR與連續(xù)波儀器 相比靈敏度高，樣品用量少，測定時間短。1.在脈沖作用下，該同位素的所有核同時共振2. 脈沖時間短(為微秒級，脈沖間隔為幾秒)， 在樣品進行累積測量時較連續(xù)波儀器節(jié)省時間。 一般1H

30、-NMR測量累加10-20次，需時1分左右； 13C-NMR測量需時數(shù)分。(3)探頭圓柱形，圓柱形， 在磁體中心，放樣品管在磁體中心，放樣品管作用：作用：發(fā)射脈沖電磁波發(fā)射脈沖電磁波檢測核磁共振信號檢測核磁共振信號產(chǎn)生固定頻率的探頭：產(chǎn)生固定頻率的探頭：雙核探頭：雙核探頭：1H， 13C四核探頭：四核探頭： 1H，31P，13C，15N頻率連續(xù)可調(diào)探頭：頻率連續(xù)可調(diào)探頭： 如如3131P P到到1515N N(4) 樣品處理技術(shù)1.粘度不高的液態(tài)：2-15%的溶液2.NMR溶劑不應(yīng)含氫，可用鹵化或氘代溶劑， 如CDCl3, C6D6等。4.3.24.3.2二維核磁共振簡介二維核磁共振簡介 （2

31、-D NMR2-D NMR）二維核磁共振波譜是二維核磁共振波譜是20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來年代以來NMR技術(shù)所發(fā)生的技術(shù)所發(fā)生的一次革命性的變化。將通常擠在一維一次革命性的變化。將通常擠在一維NMR譜中的一個頻率譜中的一個頻率軸上的軸上的NMR在二維空間展開，從而較清晰地提供更多的信在二維空間展開，從而較清晰地提供更多的信息。息。普通的普通的NMR譜是以吸收強度為縱坐標(biāo)，以譜是以吸收強度為縱坐標(biāo)，以頻率或場強為橫坐標(biāo)。而二維頻率或場強為橫坐標(biāo)。而二維NMR譜則給譜則給出兩個頻率軸上的吸收強度，兩個頻率軸可出兩個頻率軸上的吸收強度，兩個頻率軸可以改變，有時它們分別為化學(xué)位移和偶合常以改變，有時它們

32、分別為化學(xué)位移和偶合常數(shù)，也可表示為不同核的共振頻率。數(shù)，也可表示為不同核的共振頻率。 二維二維NMR實驗的記錄有四種圖譜類型。但常用平面等值線圖。實驗的記錄有四種圖譜類型。但常用平面等值線圖。 平面等值線圖：又叫平面等高線圖。一般平面等值線圖：又叫平面等高線圖。一般2D NMR常使用這常使用這種圖。它是把堆積圖用一個平行于軸種圖。它是把堆積圖用一個平行于軸F1和和F2的平面平切后所得。的平面平切后所得。平切位置對圖的信息量有影響。平切位置對圖的信息量有影響。 改變不同t(預(yù)備期、演化期、混合期和檢測期)，施加兩次脈沖電磁波，重復(fù)測定，得到兩個頻率變量或化學(xué)位移變量的二維譜圖。編輯脈沖序列，可

33、得重要的二維NMR譜。如：1、同核位移相關(guān)譜（COSY）2、異核位移相關(guān)譜（H，C-COSY）3、總相關(guān)譜（TOCSY）4、其他2D譜（1）氫）氫-氫化學(xué)位移相關(guān)譜（氫化學(xué)位移相關(guān)譜（1H-1H COSY） 1H-1H COSY是同一個偶合體系中質(zhì)子之間的偶合相關(guān)譜。是同一個偶合體系中質(zhì)子之間的偶合相關(guān)譜。1H-1H COSY譜可以確定質(zhì)子化學(xué)位移以及質(zhì)子之間的偶合關(guān)系譜可以確定質(zhì)子化學(xué)位移以及質(zhì)子之間的偶合關(guān)系和連接順序。和連接順序。 圖上有兩類峰，一類為對角峰（圖上有兩類峰，一類為對角峰（diagonal peak）,它們處它們處在坐標(biāo)在坐標(biāo)F1=F2的對角線上。對角峰在的對角線上。對角峰

34、在F1或或F2上的投影得到常規(guī)上的投影得到常規(guī)的偶合譜或去偶譜。的偶合譜或去偶譜。 第二類為交叉峰（第二類為交叉峰（Cross peak）它們不在對角線上，即坐標(biāo)）它們不在對角線上，即坐標(biāo)F1F2。 交叉峰顯示了具有相同偶合常數(shù)的不同核之間的偶合。交叉峰交叉峰顯示了具有相同偶合常數(shù)的不同核之間的偶合。交叉峰有兩組，分別出現(xiàn)在對角線兩側(cè)，并以對角線對稱。有兩組，分別出現(xiàn)在對角線兩側(cè)，并以對角線對稱。 對角峰和交叉峰可以組成一個正方形，并且由此來推測這兩組對角峰和交叉峰可以組成一個正方形，并且由此來推測這兩組核核A(A, A)和和X（X,X）有偶合關(guān)系。）有偶合關(guān)系。 圖為圖為2，3-二溴丙酸的二溴丙酸的AMX體系體系1H-1H COSY譜。譜。 F1和和F2皆為化學(xué)位移。兩組對角峰為對角線與兩組交叉峰組成皆為化學(xué)位移。兩組對角峰為對角線與兩組