核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。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，如下表。
| 分类 | 质量数 | 原子序数 | 自旋量子数I | NMR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 |
原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩（μ）。
μ=γP
式中，P是角动量矩，γ是磁旋比，它是自旋核的磁矩和角动量矩之间的比值，因此是各种核的特征常数。
当自旋核(spin nuclear)处于磁感应强度为的外磁场中时，除自旋外，还会绕B0运动，这种运动情况与陀螺的运动情况十分相像，称为拉莫尔进动(larmor process)。自旋核进动的角速度ω0与外磁场感应强度B0成正比，比例常数即为磁旋比（magnetogyric ratio)γ。式中ν0是进动频率。
ω0=2πν0=γB0
原子核在无外磁场中的运动情况如下图，微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的（方向量子化），自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+ l个取向，每一个取向都可以 用一个自旋磁盘子数m来表示，m与I之间的关系是
m=I,I-1,I-2…-I
ΔE=γhB0/2π
一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收ΔE的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频 率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核 吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振。当频率为ν射的射频照射自旋体系时，由于该射频的能量E射=hν射，因此核磁共振要求的条件为
hν射=ΔE（即2πν射=ω射=γB0） ①
目前研究得最多的是1H的核磁共振和13C的核磁共振。1H的核磁共振称为质子磁共振 (Proton Magnetic Resonance)，简称 PMR,也表示为1H-NMR。13C核磁共振（Carbon- 13 Nuclear Magnetic Resonance)简称 CMR，也表示为13C-NMR。[1]
1H的自旋量子数是I=1/2，所以自旋磁量子数m=±1/2，即氢原子核在外磁场中应有两种取向。1H的两种取向代表了两种不同的能级，在磁场中，m=1/2时，E=-μB0，能量较低，m=-1/2时，E=μB0，能量较高，两者的能量差为ΔE=2μB0，见下图。
式①，式②说明：处于低能级的1H核吸收E射的能量时就能跃迁到高能级。也即只有当电磁波的辐射能等于lH的能级差时，才能发生1H的核磁共振。
E射=hν射=ΔE=hν0 ②
因此1H发生核磁共振的条件是必须使电磁波的辐射频率等于1H的进动频率，既符合下式。
ν射=ν0=γB0/2π ③
由式③可知：要使ν射=ν0，可以采用两种方法。一种是固定磁感应强度，逐渐改变电磁波的辐射频率ν射，进行扫描，当ν射与B0匹配时，发生核磁共振。另一种方法是固定辐射波的辐射频率，然后从低场到高场，逐渐改变B0，当 B0与ν射匹配时，也会发生核磁共振（见右图）。这种方法称为扫场。—般仪器都采用扫场的方法。
在外磁场的作用下，有较多1H倾向于与外磁场取顺向的排列，即处于低能态的核数目比 处于高能态的核数目多，但由于两个能级之间 能差很小，前者比后者只占微弱的优势1H-NMR的讯号正是依靠这些微弱过剩的低能态核吸收射频电磁波的辐射能跃迁到高级而产生的。如高能态核无法返回到低能态，那么随着跃迁的不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直到消失，此时处于低能态的1H核数目与处于高能态核数目逐渐趋于相等，与此同步，PMR的 讯号也会逐渐减弱直到最后消失。上述这种现象称为饱和。
1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态，这种过程称为弛豫(relaxation)，正是 因为各种机制的弛豫，使得在正常测试情况下不会出现饱和现象。弛豫的方式有两种，处于高能态的核通过交替磁场将能量转移给周围的分子，即体系往环境释放能量，本身返回低能态，这个 过程称为自旋晶格弛豫。其速率用1/T1表示，T1称为自旋晶格弛豫时间。自旋晶格弛豫降低了磁性核的总体能量，又称为纵向弛豫。两个处在一定距离内，进动频率相同、进动取向不同的 核互相作用，交换能量，改变进动方向的过程称为自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋-自旋弛豫时间。自旋-自旋弛豫未降低磁性核的总体能量，又称为横向弛豫。[1]
天然丰富的12C的I值为零，没有核磁共振信号。13C的I值为1/2，有核磁共振信号。通常 说的碳谱就是13C核磁共振谱。由于13C与1H的自旋量子数相同，所以13C的核磁共振原理与1H相同。但13C核的γ值仅约为1H核的1/4，而检出灵敏度正比于γ3，因此即使是丰度100%的13C 核，其检出灵敏度也仅为1H核的1/64，再加上13C的丰度仅为1.1%，所以，其检出灵敏度仅约 为1H核的1/6000。这说明不同原子核在同一磁场中被检出的灵敏度差别很大,C的天然丰度 只有12C的1.108%。由于被检灵敏度小，丰度又低，因此检测13C比检测1H在技术上有更多的 闲难。下表是几个自旋量子数为1/2的原子核的天然丰度和相对灵敏度。
| 元素核 | 天然丰度/% |
|---|---|
| 1H | 99.9844 |
| 13C | 1.108 |
| 15N | 0.365 |
| 10F | 100 |
| 31P | 100 |
目前使用的核磁共振仪有连续波(CN)及脉冲傅里叶(PFT)变换两种形式。连续波核磁共 振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器、放大器及记录仪等组成（见下图）。磁铁用来产生磁 场，主要有三种：永久磁铁，电磁铁[磁感应强度可高达24000 Gs(2.4 T)]，超导磁铁[磁感应强度可高达190000 Gs(19 T)]。频率高的仪器,分辨率好,灵敏度高，图谱简单易于分析。磁铁上 备有扫描线圈，用它来保证磁铁产生的磁场均匀，并能在一个较窄的范围内连续精确变化。射频 发射器用来产生固定频率的电磁辐射波检测器和放大器用来检测和放大共振信号。记录仪将 共振信号绘制成共振图谱。
20世纪70年代中期出现了脉冲傅里叶核磁共振仪，它的出现使13C核磁共振的研究得以迅速开展。[1]
氢的核磁共振谱提供了三类极其有用的信息：化学位移、偶合常数、积分曲线。应用这些信 息，可以推测质子在碳胳上的位置。
根据前面讨论的基本原理，在某一照射频率下，只能在某一磁感应强度下发生核磁共振。例如：照射频率为60 MHz,磁感应强度是 14.092 Gs(14.092×10^-4 T)，100 MHz—23.486 Gs(23.486×10^-4 T)，200 MHz—46.973 Gs(46.973×10^-4 T)。600 MHz—140.920 Gs(140.920×10^-4 T)。但实验证明：当1H在分子中所处化学环境（化学环境是指1H的核外电子以及与1H 邻近的其它原子核的核外电子的运动情况）不同时，即使在相同照射频率下，也将在不同的共振磁场下显示吸收峰。下图是乙酸乙酯的核磁共振图谱，图谱表明：乙酸乙酯中的8个氢，由 于分别处在a，b，c三种不同的化学环境中，因此在三个不同的共振磁场下显示吸收峰。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显示吸收峰，这称为化学位移(chemical shift)。[1]
化学位移是怎样产生的？分子中磁性核不是完全裸露的，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，会产生一个感应的磁场，感应磁场应与外界磁场相反（楞次定律），所以，质子实际上感受到的有效磁感应强度应是外磁场感应强度减去感应磁场强度。即
B有效=B0(1-σ)=B0-B0σ=B0-B感应
外电子对核产生的这种作用称为屏蔽效应(shielding effect)，也叫抗磁屏蔽效应(diamagnetic effect)。称为屏蔽常数(shielding constant) 。与屏蔽较少的质子比较，屏蔽多的质子对外磁场感受较少，将在较高的外磁场B0作用下才能发生共振吸收。由于磁力线是闭合的，因此感应磁 场在某些区域与外磁场的方向一致，处于这些区域的质子实际上感受到的有效磁场应是外磁场B0加上感应磁场B感应。这种作用称为去屏蔽效应(deshielding effect) 。也称为顺磁去屏蔽效应(paramagnetic effect)。受去屏蔽效应影响的质子在较低外磁场B0作用下就能发生共振吸收。综上所述：质子发生核磁共振实际上应满足：
ν射=γB有效/2π
因在相同频率电磁辐射波的照射下，不同化学环境的质子受的屏蔽效应各不相同，因此它们发生 核磁共振所需的外磁场B0也各不相同，即发生了化学位移。
对1H化学位移产生主要影响的是局部屏蔽效应和远程屏蔽效应。核外成键电子的电子云 密度对该核产生的屏蔽作用称为局部屏蔽效应。分子中其它原子和基团的核外电子对所研究的 原子核产生的屏蔽作用称为远程屏蔽效应。远程屏蔽效应是各向异性的。[1]
化学位移的差别约为百万分之十，要精确测定其数值十分困难。现采用相对数值表示法，即选用一个标准物质，以该标准物的共振吸收峰所处位置为零点，其它吸收峰的化学位移值根据这 些吸收峰的位置与零点的距离来确定。最常用的标准物质是四甲基硅(CH3)4Si简称TMS。选TMS为标准物是因为：TMS中的四个甲基对称分布，因此所有氢都处在相 同的化学环境中，它们只有一个锐利的吸收峰。另外，TMS的屏蔽效应很高，共振吸收在高场出现，而且吸收峰的位置处在一般有机物中的质子不发生吸收的区域内。现规定化学位移用δ来 表示，四甲基硅吸收峰的δ值为零，其峰右边的δ值为负，左边的δ值为正。测定时，可把标准物与样品放在一起配成溶液，这称为内标准法。也可将标准物用毛细管封闭后放人样品溶液中进 行测定，这称为外标准法。
由于感应磁场与外磁场的B0成正比，所以屏蔽作用引起的化学位移也与外加磁场B0成正 比。在实际测定工作中，为了避免因采用不同磁感应强度的核磁共振仪而引起化学位移的变化，δ一般都应用相对值来表示，其定义为
δ=(ν样-ν标)/ν仪×10^6 ④
在式④中，ν样和ν标分别代表样品和标准化合物的共振频率，ν仪为操作仪器选用的频率。多数有机物的质子信号发生在0～10处，零是高场，10是低场。[1]
化学位移取决于核外电子云密度，因此影响电子云密度的各种因素都对化学位移有影响，影 响最大的是电负性和各向异性效应。[1] (1)电负性
电负性对化学位移的影响可概述为：电负性大的原子（或基团）吸电子能力强，1H核附近的吸电子基团使质子峰向低场移（左移），给电子基闭使质子峰向高场移（右移）。这是因为吸电子基团降低了氢核周围的电子云密度，屏蔽效应也就随之降低，所以质子的化学位 移向低场移动。给电子基团增加了氢核周围的电子云密度，屏蔽效应也就随之增加，所以质子的 化学位移向高场移动。下面是一些实例。
实例一：
| 电负性 | C 2.6 | N 3.0 | O 3.5 |
| δ | C—CH3(0.77～1.88) | N—CH3(2.12～3.10) | C—CH3(3.24～4.02) |
| 电负性 | Cl 3.1 | Br 2.9 | I 2.6 |
| δ | CH3—Cl(3.05) CH2—Cl2(5.30) CH—Cl3(7.27) | CH3—Br(2.68) | CH3—I(2.16) |
(2)各向异性效应
当分子中某些基团的电子云排布不呈球形对称时，它对邻近的1H核产 生一个各向异性的磁场，从而使某些空间位置上的核受屏蔽，而另一些空间位置上的核去屏蔽， 这一现象称为各向异性效应(anisotropic effect)。
除电负性和各向异性的影响外，氢键、溶剂效应、van der Waals效应也对化学位移有影响。氢键对羟基质子化学位移的影响与氢键的强弱及氢键的电子给予体的性质有关,在大多数情况 下，氢键产生去屏蔽效应，使1H的δ值移向低场。有时同一种样品使用不同的溶剂也会使化学位移值发生变化，这称为溶剂效应。活泼氢的溶剂效应比较明显。
当取代基与共振核之间的距离小于van der Waals半径时，取代基周围的电子云与共振核周围的电子云就互相排 斥，结果使共振核周围的电子云密度降低，使质子受到的屏蔽效应明显下降，质子峰向低场移动, 这称为van der Waals效应。氢键的影响、溶剂效应、van der Waals效应在剖析NMR图谱时很有用。[1]
由于不同类型的质子化学位移不同，因此化学位移值对于分辨各类质子是重要的，而确定质子类型对于阐明分子结构是十分有意义的。下表列出了一些特征质子的化学位移，表中黑体字的H是要研究的质子。
| 质子的类型 | 化学位移 | 质子的类型 | 化学位移 |
|---|---|---|---|
| RCH3 | 0.9 | ArOH | 4.5-4.7(分子内缔合10.5～16) |
| R2CH2 | 1.3 | ||
| R3CH | 1.5 | R2C=CR—OH | 15～19(分子内缔合) |
| 0.22 | RCH2OH | 3.4～4 | |
| R2C=CH2 | 4.5～5.9 | ROCH3 | 3.5～4 |
| R2C=CRH | 5.3 | RCHO | 9～10 |
| R2C=CR—CH3 | 1.7 | RCOCR2—H | 2～2.7 |
| RC≡CH | 7～3.5 | HCR2COOH | 2～2.6 |
| ArCR2—H | 2.2～3 | R2CHCOOR | 2～2.2 |
| RCH2F | 4～4.5 | RCOOCH3 | 3.7～4 |
| RCH2Cl | 3～4 | RC≡CCOCH3 | 2～3 |
| RCH2Br | 3.5～4 | RNH2或R2NH | 0.5～5(峰不尖锐，常呈馒头形) |
| RCH2I | 3.2~4 | ||
| ROH | 0.5～5.5(温度、溶剂 、浓度改变时影响很大) | RCONRH或ArCONRH | 5～9.4 |
甲烷氢的化学位移值为0.23，其它开链烷烃中，一级质子在高场δ≈9处出现，二级质子移向低场在δ≈1.33处出现，三级质子移向更低场在δ≈1.5处出现。例如：
| 烷烃 | CH4 | CH3—CH3 | CH3—CH2—CH3 | (CH3)3CH | ||||
| δ | 0.23 | 0.86 | 0.86 | 0.91 | 1.33 | 0.91 | 0.86 | 1.50 |
环烷烃能以不同构象形式存在，未被取代的环烷烃处在一确定的构象中时，由于碳碳单键的 各向异性屏蔽作用，不同氢的δ值略有差异。例如，在环己烷的椅型构象中，由于C-I上的平伏键氢处于C(2) — C(3)键及C(5) — C(6)键的去屏蔽区，而C-I上的直立键氢不处在去屏蔽区，（见左上图）。所以平伏键氢比直立键氢的化学位移略高0.2～0.5。在低温（-100℃）构象固定时，NMR谱图上可以清晰地看出两个吸收峰，一个代表直立键氢，一个代表平伏键氢。但在常温下，由于构象的迅速转换（见左下图），一般只看到一个吸收峰（见右图）。
烯氢是与双键碳相连的氢，由于碳碳双键的各向异性效应，烯氢与简单烷烃的氢相比δ值均向低场移动3～4乙烯氢的化学位移约为5.25，不与芳基共轭的取代烯氢的化学位移约在 4.5～6.5范围内变化，与芳基共轭时δ值将增大。乙烯基对甲基、亚甲基、次甲基的化学位移也 有影响。例如：
| 化合物 | CH4 | CH3—CH=CH2 | CH3—CH3 | CH3—CH2—CH=CH2 | (CH3)2CH2 | (CH3)2CH—CH=CH2 | ||
| δ | 0.23 | 1.71 | 0.86 | 0.86 | 1.00 | 2.00 | 1.33 | 1.73 |
炔基氢是与三键碳相连的氢，由于炔键的屏蔽作用，炔氢的化学位移移向高场，一般δ=1.7～3-5 处有一吸收峰。例如，HC≡CH(1.80)，RC≡CH(1.73～1.88)，ArC≡CH(2.71～3-37)，—CH=CH-C≡CH(2.60～3.10)，—C≡C—C≡CH(1.75～2.42) , CH3-C≡C-C≡C-C≡CH(1.87)。HC≡C—若连在一个没有氢的原子上，则炔氢显示一个尖锐的单峰。炔基对甲基、 亚甲基的化学位移有影响，与炔基直接相连的碳上的氢化学位移影响最大，其δ值约为1.8～2.8。[1]
由于受π电子环流的去屏蔽作用，芳氢的化学位移移向低场，苯上氢的δ=7.27。萘上的质 子受两个芳环的影响δ值更大，α质子的δ为7.81，β质子的δ为7.46。一般芳环上质子的在δ值在6.3～8.5范围内，杂环芳香质子的δ值在6.0～9.0范围内。[1]
由于卤素电负性较强，因此使直接相连的碳和邻近碳上质子所受屏蔽降低，质子的化学位移向低场方向移动，影响按F，Cl，Br，I的次序依次下降。与卤素直接相连的碳原子上的质子化学位移一般在δ=2.16～4.4之间，相邻碳上质子所受影响减小，δ=1.25～1.55之间，相隔一个碳原子时，影响更小，δ= 1.03～1.08之间。[1]
醇的核磁共振谱的特点参见后文。醚α-H的化学位移约在3.54附近。
酚羟基氢的核磁共振的δ值很不固定，受温度、浓度、溶剂的影响很大，只能列出它的大致范 围。一般酚羟基氢的δ值在4～8范围内，发生分子内缔合的酚羟基氢的δ值在10.5～16范 围内。
羧酸H的化学位移在2～2.6之间。羧酸中羧基的质子由于受两个氧的吸电子作用，屏 蔽大大降低，化学位移在低场。R2CHCOOH δH=10～12。
胺中，氮上质子一般不容易鉴定，由于氢键程度不同，改变很大，有时N— H和C一H质子 的化学位移非常接近，所以不容易辨认。一般情况在α-H δH=2.7～3.1，β-H δ=1.1～1.71。N-H δ=0.5～5, RNH2,R2NH的δ值的大致范围在0.4～3.5，ArNH2，ArzNH, ArNHR的δ值的大 致范围在2.9～4.8之间。[1]
酯中烷基上的质子RCOOCH2R的化学位移δH=3.7～4。酰胺中氮上的质子RCONHR 的化学位移，一般在δ= 5～9.4之间，往往不能给出一个尖锐的峰。
羰基或氮基附近α碳上的质子具有类似的化学位移= 2～3，例如，CH3COCl δH=2.67, CH3COOCH3 δH=2.03， RCH2COOCH3 δH=2.13, CH3CONH2 δH= 2.08，RCH2CONH2 δH=2.23，CH3CN δH=1.98，RCH2CN δH=2.30。[1]
两张图谱分别是低分辨核磁共振仪和高分辨核磁共振仪所作的乙醛 (CH3CHO)的PMR图谱。对比这两张图谱可以发现，用低分辨核磁共振仪作的图谱，乙醛只有 两个单峰。在高分辨图谱中，得到的是二组峰，它们分别是二重峰、四重峰。乙醛在低分辨图谱 和高分辨图谱中峰数不等是因为在分子中，不仅核外的电子会对质子的共振吸收产生影响，邻近 质子之间也会因互相之间的作用影响对方的核磁共振吸收。并引起谱线增多。这种原子核之间的相互作用称为自旋-自旋偶合(spin-spin coupling)，简称自旋偶合(spin coupling)。因自旋偶合而引起的谱线增多的现象称为自旋-自旋裂分，简称自旋裂分。[1]
谱线裂分是怎样产生的？在外磁场的作用下，质子是会自旋的，自旋的质子会产生一个小的磁矩，通过成键价电子的传递，对邻近的质子产生影响。质子的自旋有两种取向，假如外界磁场感应强度为自旋时与外磁场取顺向排列的质子，使受它作用的邻近质子感受到的总磁感应 强度为B0+B'，自旋时与外磁场取逆向排列的质子，使邻近的质子感受到的总磁感应强度为B0-B'，因此当发生核磁共振时，一个质子发出的信号就分裂成了两个，这就是自旋裂分。一般只有相隔三个化学键之内的不等价的质子间才会发生自旋裂分的现象。[1]
自旋偶合的量度称为自旋的偶合常数(couplmg constant),用符号J表示，J值的大小表示 了偶合作用的强弱J的左上方常标以数字，它表示两个偶合核之间相隔键的数目，J的右下方 则标以其它信息。就其本质来看，偶合常数是质子自旋 裂分时的两个核磁共振能之差，它可以通过共振吸收的位置差别来体现，这在图谱上就是裂分峰 之间的距离。
偶合常数的大小与两个作用核之间的相对位置有关，随着相隔键数目的增加会很快减弱，一 般来讲，两个质子相隔少于或等于三个单键时可以发生偶合裂分，相隔三个以上单键时，偶合常 数趋于零。例如在丁酮中，Ha与Hb之间相隔三个单键，因此它们之间可以发生偶合裂分，而 Ha与Hb或Hb与Hc之间相隔三个以上的单键，它们之间的偶合作用极弱，也即偶合常数趋于零。但中间插人双键或三键的两个质子，可以发生远程偶合。
化学位移随外磁场的改变而改变。偶合常数与化学位移不同，它不随外磁场的改变而改变。因为自旋偶合产生于磁核之间的相互作用，是通过成键电子来传递的，并不涉及外磁场。因此， 当由化学位移形成的峰与偶合裂分峰不易区别时，可通过改变外磁场的方法来予以区别。[1]
在分子中，具有相同化学位移的核称为化学位移等价的核。分子中两相同原子处于相同的 化学环境时称为化学等价(chemical equivalence)，化学等价的质子必然具有相同的化学位移，例 如CH2Cl2中的两个1H是化学等价的，它们的化学位移也是相同的。但具有相同化学位移的质 子未必都是化学等价的。判别分子中的质子是否化学等价，对于识谱是十分重要的，通常判别的依据是：分子中的质子，如果可通过对称操作或快速机制互换，它们是化学等价的。通过对称轴 旋转而能互换的质子叫等位质子(homotopic proton)。
等位质子在 任何环境中都是化学等价的。通过镜面对称操作能互换的质子叫对映异位质子(enantiotopic Pmton)。一组化学位移等价(chemical shift equivalence)的核，如对组外任何其它核的偶合常数彼此之间 也都相同，那么这组核就称为磁等价(magnetic equivalence)核或磁全同核。显然，磁等价的核一定是化学等价的，而化学等价的核不一定是磁等价的。
在判别分子中的质子是否化学等价时，下面几种情况要予以注意。
(1)与不对称碳原子相连的CH2上的两个质子是化学不等价的。不对称碳原子的这种影响可以延伸到更 远的质子上。
(2)在烯烃中，若双键上的一个碳连有两个相同的基团，另一个双键碳连有两个氢，则这两 个氢是化学等价的，与带有某些双键性质的单键相连的两 个质子，在单键旋转受阻的情况下，也能用同样的方法来判别它们的化学等价性。
(3)有些质子在某些条件下是化学不等价的，在另一些条件下是化学等价的。例如环己烷 上的CH2,当分子的构象固定时，两个质子是化学不等价的，当构象迅速转换时，两个质子是化学等价的。只有化学不等价的质子才能显示出自旋偶合。[1]
核磁共振谱中，共振峰下面的面积与产生峰的质子数成正比，因此峰面积比即为不同类型质 子数目的相对比值，若知道整个分子中的质子数，即可从峰面积的比例关系算出各组磁等价质子 的具体数目。核磁共振仪用电子积分仪来测量峰的面积，在谱图上从低场到髙场用连续阶梯积 分曲线来表示。积分曲线的总髙度与分子中的总质子数目成正比，各个峰的阶梯曲线髙度与该 峰面积成正比，即与产生该吸收峰的质子数成正比。各个峰面积的相对 积分值也可以在谱图上直接用数字显示出来，如果将含一个质子的峰的面积指定为1，则图谱上 的数字与质子的数目相符。[1]
1H核磁共振图谱提供了积分曲线、化学位移、峰形及偶合常数等信息。图谱的剖析就是合 理地分析这些信息，正确地推导出与图谱相对应的化合物的结构。通常采用如下步骤。
(1)标识杂质峰在1H-NMR谱中，经常会出现与化合物无关的杂质峰，在剖析图谱前，应 先将它们标出。最常见的杂质峰是溶剂峰，样品中未除尽的溶剂及测定用的氘代溶剂中夹杂的 非氘代溶剂都会产生溶剂峰。为了便于识别它们，下表列出了最常用溶剂的化学位移。
| 常用溶剂 | 化学位移 | 常用溶剂 | 化学位移 |
|---|---|---|---|
| 环己烷 | 1.40 | 丙酮 | 2.05 |
| 苯 | 7.20 | 乙酸 | 2.05 8.50(COOH)* |
| 氯仿 | 7.27 | 四氢呋喃 | (α)3.60(β)1.75 |
| 乙腈 | 1.95 | 二氧六环 | 3.55 |
| 1,2-二氯乙烷 | 3.69 | 二甲亚砜 | 2.50 |
| 水 | 4.7 | N,N-二甲基甲酰胺 | 2.77,2.95,7.5(CHO)* |
| 甲醇 | 3.35 4.8* | 硅胶杂质 | 1.27 |
| 乙醚 | 1.16 3.36 | 吡啶 | (α)8.50(β)6.98(γ)7.35 |
| *数值随测定条件而有变化。 | |||
(2)根据积分曲线计算各组峰的相应质子数，若图谱中已直接标出质子数，则此步骤可省。
(3)根据峰的化学位移确定它们的归属。
(4)根据峰的形状和偶合常数确定基团之间的互相关系。
(5)采用重水交换的方法识别活泼氢由于一OH，一NH2，一COOH上的活泼氢能与D2O发生交换。而使活泼氢的信号消失，因此对比重水交换前后的图谱可以基本判别分子中是否含有活泼氢。
一级图谱比较简单，可以直接根据上面所述几个方面来进行剖析，但解剖的顺序可以根据实 际情况灵活掌握。高级图谱的谱线一般都很复杂，难以直接剖析，为了便丁解剖，最好在剖析前， 先采用合理的方法简化图谱a简化图谱常用的方法请参阅有关专著。[1]
一级图谱比较简单，可以直接根据上面所述几个方面来进行剖析，但解剖的顺序可以根据实 际情况灵活掌握。高级图谱的谱线一般都很复杂，难以直接剖析，为了便于解剖，最好在剖析前， 先采用合理的方法简化图谱a简化图谱常用的方法请参阅有关专著。[1]
13C的核磁共振原理与1H的核磁共振原理相同，因此13C与直接相连的氢核也会发生偶合作用。由于有机分子大都存在碳氢键，从而使裂分谱线彼此交叠，谱图变得复杂而难以辨认，只有通过去偶处理，才能使谱图变得清晰可辨。最常用的去偶法是质子（噪声）去偶法。该法采用双照射法，照射场(H2)的功率包括所有处于各种化学环境中氢的共振频率，因此能将13C与所有氧核的偶合作用消除，使只含C、H、O、N的普通有机化合物的13C-NMR谱图中，13C的信号都变成单峰，即所有不等性的13C核都有自己的独立信号。因此，该法能识别分子中不等性的碳核。下图是丙酮的13C谱。(a)是偶合谱，(b)是质子去偶谱。在偶合谱中，羰基碳(δ=206.7)与六个氢发生二键偶合，裂分成七重峰，α碳(δ=30.7)与三个氢发生一键偶合，裂分成四重峰。在质子去偶谱中，羰基碳和α碳的裂分峰均变成了单峰。丙酮有两个相同的α碳和一个羰基碳，α碳的峰强度较羰基碳的峰强度大。质子（噪声）去偶碳谱就是通常说的碳谱，又称为宽带去偶碳谱，用13C{H}表示。其它去偶的方 式还很多，有兴趣的读者请参阅有关专著。[1]
13C的化学位移亦以四甲基硅为内标，规定δTMS = 0，其左边值大于0，右边值小干0。与1H的化学位移相比，影响13C的化学位移的因素更多，但自旋核周围的电子屏蔽是重要因素之一， 因此对碳核周围的电子云密度有影响的任何因素都会影响它的化学位移。碳原子是有机分子的骨架，氢原子处于它的外围，因此分子间碳核的互相作用对δc的影响较小，而分子本身的结构及 分子内碳核间的相互作用对δc影响较大。碳的杂化方式、分子内及分子间的氢键、各种电子效 应、构象、构型及测定时溶剂的种类、溶液的浓度、体系的酸碱性等都会对δc产生影响。现在已 经有了一些计算δc的近似方法，可以对一些化合物的δc作出定性的或半定量的估算，但更加完 善的理论还有待于进一步的探讨研究。下表是根据大量实验数据归纳出来的某些基团中C的化学位移，表中黑体字的碳是要研究的对象。
| 碳的类型 | 化学位移 | 碳的类型 | 化学位移 |
|---|---|---|---|
| CH4 | -2.68 | 醚的α碳（三级） | 70～85 |
| 直链烷烃 | 0～70 | 醚的α碳（二级） | 60～75 |
| 四级C | 35～70 | 醚的α碳（一级） | 40～70 |
| 三级C | 30～60 | 醚的α碳（甲基碳） | 40～60 |
| 二级C | 25～45 | RCOOH RCOOR | 160～185 |
| 一级C | 0～30 | RCOCl RCONH2 | 160-180 |
| CH2=CH2 | 123.3 | 酰亚胺的羰基碳 | 165～180 |
| 烯碳 | 100～150 | 酸酐的羰基碳 | 150-175 |
| CH≡CH | 71.9 | 取代尿素的羰基碳 | 150～175 |
| 炔碳 | 65～90 | 胺的α碳（三级） | 65～75 |
| 环丙烷的环碳 | — 2.8 | 胺的α碳（二级） | 50～70 |
| (CH2)n 4～7 | 22～27 | 胺的α碳（一级） | 40～60 |
| 苯环上的碳 | 128.5 | 胺的α碳（甲基碳） | 20～45 |
| 芳烃，取代芳烃中的芳碳 | 120～160 | 氰基上的碳 | 110～126 |
| 芳香杂环上的碳 | 115～140 | 异氰基上的碳 | 155～165 |
| -CHO | 175～205 | R2C=N-OH | 145～165 |
| C=C-CHO | 175～195 | RNCO | 118～132 |
| α-卤代醛的羰基碳 | 170～190 | 硫醚的α碳（三级） | 55～70 |
| R2C=O（包括环酮）的羰基碳 | 200～220 | 硫醚的α碳（二级） | 40～55 |
| 不饱和酮和芳酮的羰基碳 | 180～210 | 硫醚的α碳（一级） | 25～45 |
| α-卤代酮的羰基碳 | 160～200 | 硫醚的α碳（甲基碳） | 10～30 |
联系客服
