核磁共振波谱分析法（NMR）基本原理

    从IR、UV－VIS光谱可获取分子内官能团的有关信息，但分子内各官能团如何连接的确切结构常常还必须依靠其它分析手段才能得知，在这方面NMR法是一个非常有力的工具。

    磁场中所处的不同能量状态（磁能级）。原子核由质子、中子组成，它们也具有自旋现象。描述核自旋运动特性的是核自旋量子数I。不同的

的核在一个外加的高场强的静磁场（现代NMR仪器由充电的螺旋超导体产生）中将分裂成2I＋1个核自旋能级（核磁能级），其能量间隔为?E。对于指定的核素再施加一频率为?的属于射频区的无线电短波，其辐射能量h?恰好与该核的磁能级间隔?E相等时，核体系将吸收辐射而产生能级跃迁，这就是核磁共振现象。

NMR谱仪就像高级的外差式收音机一样可接收到被测核的共振频率与其相应强度的信号，并绘制成以共振峰频率位置为横坐标，以峰的相对强度为纵坐标的NMR图谱。

化合物分子中同种核由于与其相连接的原子或原子团的不同，所处的化学环境就不同，也就是说被测核的核外电子的状态与电子云的密度是不同的。因此导致对外加磁场产生的屏蔽作用也不同，也就是说这些核实际所受的磁场强度是不同的，分裂的磁能级间隔不同。由于这个原因它们将在稍微不同的频率处出现共振吸收。这种共振吸收频率相对于人为规定的基准核共振频率之差??与基准核频率?_基准之比，即这个吸收峰的相对位移，称为化学位移?，它是无量纲的数，一般在10^－6数量级。根据不同基团中核的化学位移在各自特定的区域内出现的特点可以确定化合物分子中官能团的种类。邻近基团之间有相互作用会导致谱峰有更精细的裂分，利用这种裂分裂距的大小与形状可进一步确定分子内部相邻的基团的连接关系，最后便可推断分子的化学结构。例如图14－13就是一张¹H核的NMR谱图。图中出现了3组峰，它们的化学位移?分别在1.1ppm，2.75ppm，及7.2ppm处，它们应属于—CH₃，—CH₂，与 的基团。从谱峰面积看，它们分别含3，2，5个氢，表明3个基团的含氢的相对数目。从裂分的峰形可知，存在着一个非常简单的（n＋1）规则，可说明有关基团之间的连接关系。这里—CH₂基团中含有n=2个氢，与它连接基团中的氢便裂分成n＋1=2＋1=3重峰（是甲基—CH₃的三重峰）。与—CH₃连接的—CH₂基团受到—CH₃的影响而呈 n＋1=3＋1=4重峰（是—CH₂—的4重峰），此谱图证实了这一分析。由此说明该分子中必然存在着CH₃—CH₂—基团。进一步剖析谱图，可推断该化合物应为乙基苯。