第五节 核磁共振 在强磁场中，原子核发生能级分裂，当吸收外来电磁辐射时，将产生核能级的跃迁。核磁共振（NMR）是研究原子核对射频辐射（radio-frequ ency radiation）的吸收，产生所谓 NMR现象。与紫外-可见和红外光谱法类似，NMR 也属于吸收光谱，只是研究的对象是牌强磁场中的原子核对射频辐射的吸收。它是对各种有机和无机物的组成、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，有时也可进行定量分析。 3.5.1 NMR 简介 一、NMR 基本原理 原子核都是由中子和质子组成的，具有一定的质量（A），带有一定的正电荷（也就是质子数，原子序数，Z）。原子核除了有质量和正电荷之外，还自身进行旋转，所以具有一定的自旋角动量。自旋量子数 I 不为零的原子核原则上都可以成为核磁共振法的研究对象。根据量子力学理论，磁性核在外加磁场（B0）中的自旋取向不是任意的，而是量子化的。共有（2I+1）种取向。各自旋状态之间可以进行跃迁，由量子力学的选律可知，只有磁量子数相差1 的跃迁才是合法跃迁。当电磁波的能量（hν）等于样品分子某种能级差ΔE 时，分子可以吸收能量，由低能态跃迁到高能态；同样，高能态的粒子可以通过自发辐射放出能量，回到低能态。不同的核辐射能存在 原子核是带正电荷的粒子，能绕着自身轴作自旋运动，形成一定的自旋角动量 P。每个原子核的自旋量子数为 I，当 I≠0 时，由于自旋而使核具有磁矩μ，因此16O、12C 等I＝0的原子核不能用于 NMR 技术中。 原子核的磁矩取决于原子核的自旋角动量 P，它们的关系为： p （11－9） 式中γ为磁旋比，是核的特征常数，核磁矩μ是以核磁子β为单位，β为一常数，为5.05×11－27J／T。 在一般的情况下，原子核的磁矩可以任意取向，而在一个外加均匀磁场 H0 中，I≠0 的核除自旋外还将沿磁场方向采取一定的量子化取向，并按不同的方向取向，产生能级的分裂。由量子力学原理可知，磁性原子核磁矩的可能取向数是由磁量子数 m 决定的，其值可为 I，I－1，I－2，…，－I＋2，－I＋1，－I，即 m 有（2I＋1）个数值。也就是磁矩在外磁场作用下可以有 2I＋1 个取向，将能量分为 2I＋1 个能层。图 11－19 给出了 I＝3／2 时的能级分裂示意图。 图11－19 I＝3／2 时的能级分裂示意图 每一层与零磁场的能层之间的能量差为： 02HhmE（11－10） 原子核不同能级之间的能量差为： 02HhmE （11－11） 由量子力学的选律...
