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核磁共振核磁共振 Nuclear Magnetic Resonance;NMR 2024/5/20 核磁共振 Nuclear Magneti1一、核磁共振的发展历史v 1939年，拉比在原子束实验中首次观察到了核磁共振现象。vv 但在常态下再但在常态下再现现NMRNMR实验的是实验的是19461946年布洛赫和珀塞尔年布洛赫和珀塞尔独立的完成的。他独立的完成的。他们于们于19521952年获得诺年获得诺贝尔物理奖贝尔物理奖2024/5/20一、核磁共振的发展历史 1939年，拉比在原子束实验21945-19511945-1951年间，化学位移和自旋偶合的发现，年间，化学位移和自旋偶合的发现，年间，化学位移和自旋偶合的发现，年间，化学位移和自旋偶合的发现，出现了出现了出现了出现了NMRNMR技术在化学方面的应用。技术在化学方面的应用。技术在化学方面的应用。技术在化学方面的应用。19531953年年年年 世界上第一台商品化世界上第一台商品化世界上第一台商品化世界上第一台商品化NMRNMR谱仪谱仪谱仪谱仪.19641964年年年年 世界上第一台超导磁场的世界上第一台超导磁场的世界上第一台超导磁场的世界上第一台超导磁场的NMRNMR谱仪谱仪谱仪谱仪19711971年年年年 世界上第一台脉冲傅立叶变换世界上第一台脉冲傅立叶变换世界上第一台脉冲傅立叶变换世界上第一台脉冲傅立叶变换NMRNMR谱仪谱仪谱仪谱仪2024/5/201945-1951年间，化学位移和自旋偶合的发现，出现3二、什么是核磁共振 一部分核子可以吸收电磁辐射的能量，从低能级跃迁到高能级，并且很快会达到新的平衡状态，这个现象就叫做“核磁共振”。在这个过程中，由于核子吸收电磁辐射的能量，就产生了微弱信号，使我们可以观察到“核磁共振”现象。通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。2024/5/20二、什么是核磁共振 一部分核子可以吸收电磁辐射的能量4 并不是是所有原子核都能产生这种现象，原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。原子核自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产生能级分裂。在交变磁场作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。2024/5/20 并不是是所有原子核都能产生这种现象，原子核能产生核5三、核磁共振的基本原理 1.根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示:质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0 质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数 质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数 迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P 2024/5/20三、核磁共振的基本原理 1.根据量子力学原理，原子核与62、共振发生的条件v(1)(1)核有自旋核有自旋(磁性核磁性核)；v(2)(2)外磁场外磁场,能级分裂能级分裂;v(3)(3)照射频率与外磁场的比值照射频率与外磁场的比值 0 0/H H0 0=/(2/(2 )（磁旋比；磁旋比；H H0 0外磁场强度）。外磁场强度）。2024/5/202、共振发生的条件(1)核有自旋(磁性核)；2023/8/7（1）原子核的自旋:Atomic Nuclear Spin 原子核和电子一样原子核和电子一样,如果放在外磁场中存在自旋如果放在外磁场中存在自旋.从而有自旋角动量从而有自旋角动量()和磁矩和磁矩2024/5/20（1）原子核的自旋:Atomic Nuclear Spin 8 核的核的自旋角动量自旋角动量()是量子化的，不能任意取是量子化的，不能任意取值，可用自旋量子数值，可用自旋量子数(I I)来描述。来描述。I：核的自旋量子数：核的自旋量子数。I=0、1/2、1h：普朗克常数：普朗克常数。I=0，=0=0，无自旋，不能产生自旋角动量，无自旋，不能产生自旋角动量，不会产生共振信号。不会产生共振信号。只有当只有当I I O O时，才能发时，才能发生共振吸收生共振吸收,产生共振信号。产生共振信号。2024/5/20 核的自旋角动量()是量子化的，不能任意取值，可用自旋9（2）核磁矩在外场中的能级分裂v 在有外磁场存在的时候，角动量在磁场方向的投影是量子化的，因角动量投影而产生了附加能量，系统将发生塞曼分裂，相邻能级之间会产生能量差.对于原子核（氢核），自旋量子数 I=1/2，两种取向（两个能级）：v (i)与外磁场平行，能量低，磁量子数1/2;v (ii)与外磁场相反，能量高，磁量子数1/2;2024/5/20（2）核磁矩在外场中的能级分裂 在有外磁场存在的10(3)照射频率与外磁场的比值0/H0=/(2)（磁旋比；H0外磁场强度）v 照射频率与外磁场的不同变化反映了可以使用不同的方法来获得共振信号。v 一般有两种方法实现。一个是扫频法，一个是扫场法：v 当固定外磁场强度H0，改变照射频率时，是扫频法；v 当固定，改变H0时，是扫场法。2024/5/20(3)照射频率与外磁场的比值0/H0=/(2)113、弛豫过程v 共振发生后，低能级的粒子数N1减少，高能级的粒子数N2增加，系统达到一个新的平衡状态，但当共振条件消失后，系统将回到原来的状态，即N1，N2将恢复到原来的数值，这个过程就叫做弛豫过程。2024/5/203、弛豫过程 共振发生后，低能级的粒子数N1减12四、核磁共振的应用v在物理方面：原子核的结构和性质，凝聚体的相变，弛豫过程等；v在化学化工方面：高分子材料的结构和多种化学反应；v在生物医学方面：生物组织的组成和生化过程，用NMR成像法可以进行医学诊断；v在地质学方面：找地下水和地下的油层，及岩层结构。2024/5/20四、核磁共振的应用在物理方面：原子核的结构和性质，凝聚体的相132024/5/20thank you!2023/8/314
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