文档介绍：核磁共振图谱的解析
一般来说，分析核磁共振图谱需要按如下步骤进行：
（１）看峰的位置，即化学位移。确定该峰属于哪一个基团上的氢。
（２）看峰的大小。可用核磁共振仪给出的积分图的台阶高度看出各峰下面所包围的面积之比，从
子数为半整数 （１／２、３／２、５／２、 ）；
（３）质量数为双数，但电荷数（原子序数）为单数的核，如 2H、 14N 等，它们的自旋量子数为整数（１、２、３、 ）。
根据量子力学，一自旋量子数Ｉ≠ 0 的孤立原子核应具有本征自旋角动量Ｐ I 和本征自旋磁矩
I ：
PI
I(I 1)
,
1 g1 I ( I 1) N
Ｐ I 和μ I 方向互相平行。式中，
h / 2 ，ｈ为普朗克常数。ｇ I 为原子核的朗德分裂因
子 ， 随 原 子 核 的 不 同 而 不 同 。 这 里 ， ｅ 和 Ｍ P 分 别 是 质 子 的 电 荷 与 质 量 。
N
e /(2M P )
10 27 JT 1
，称为核磁子，是核磁矩的单位。和电子磁矩的单位
玻尔磁子 B
e
/( 2me )
10 24JT 1
相比，μ B 比μ N 要大得多，相应地，电子磁
矩也要比核磁矩大得多。
现在，设想该原子核位于沿ｚ方向的恒定磁场Ｈ
0 中，则Ｐ I 和μ I 沿ｚ方向的分量Ｐ z、
μ z 只能取一系列不连续的值：
Pz
m , z
N Pz
m N
式中，γ N＝μ I ／Ｐ I 称为核的旋磁比。ｍ是磁量子数，可取Ｉ、Ｉ－１、Ｉ－２、 、
－Ｉ＋１、－Ｉ等共２Ｉ＋１个不连续的值。
应该指出，人们通常所说的原子核的角动量和磁矩指的是Ｐ
P (Pz )max
I
(1)
( z )max
N I
(2)
氢原子核（Ｈ１）在有机化合物中占有很重要的地位。它对磁场的敏感度最大，容易观察到满意的核磁共振信号，因而目前对它的研究最多，应用也最广泛。
氢原子核只包含一个质子，自旋量子数为Ｉ＝１／２，可以看成是电荷均匀分布于球面上
的旋转椭球。在磁场中，它有平行于和反平行于磁场两种取向，相应于ｍ＝＋１／２和－
１／２。这两种取向的能量是不同的，用两个能级来表示，如图 -1 所示。其中，ｍ＝－１／２能级因自旋取向与磁场方向相反，能量较高。这两个能级之间的能量差
E
P H 0
式中，
P 10 4 (OeS) 1
，是质子的旋磁比。
我们可由统计力学估计一下热平衡条件下ｍ＝＋１／２的质子数Ｎ＋与ｍ＝－１／２的质子数Ｎ－之比：
exp( E / kT )
exp(
P
H 0
/ kT )
1 P H 0
/ kT
假定Ｈ 0＝１４ 0９２Ｏｅ，Ｔ＝３ 00Ｋ（这是６ 0ＭＨｚ核磁共振仪室温下测量的典型条件），则
Ｎ＋／Ｎ－＝
这就是说，在一百万个氢原子核中，热平衡条件下位于低能级的原子核数只比位于高能级的多１ 0 个左右。
如果要使位于低能级的核跃迁到较高能级去，即从ｍ＝ +1/2 的能级跃迁到ｍ＝ -1/2 的能级，就必须向原子核提供正好等于两个能级之间的能量差 Ｅ的电磁波能量。如果在垂直
于恒定磁场Ｈ 0 的方向上对氢原子核系统施加一个圆频率为ω 0＝２πｆ 0 的小交变磁场，
其提供的能量 恰好等于 Ｅ，就可发生使原先位于低能级的核跃迁到高能级去。于是
从
可得出发生核磁共振的必要条件为
（３）
由此可知，所谓核磁共振，就是位于恒定磁场中的原子核大量吸收小交变磁场能量，从低
能级跃迁到高能级的现象。由（３）式可知，如果小交变磁场的频率为６ 0ＭＨｚ，恒定磁场为１４ 0９２Ｏｅ 时，氢原子核系统就可产生核磁共振。
如上所述，氢原子核在恒定磁场作用下，其原来兼并的能级分裂为二，由于占据低能级的核数稍大于占据高能级的核数，总的来说，仍有可能产生净的能量吸收现象。但是，两个能级上的核总数毕竟相差不大，再加上在兆赫兹频率范围内氢核从高能级回到低能级的自发辐射的几率接近于零，因此，如果它们不能通过其他途径从高能级回到低能级，跃迁过程很快就会达到饱和而不再发生净的能量吸收，因而也就无法观察到共振谱。幸好，这种
非自发