核磁共振原理及其应用_王逗
磁共振成像技术的原理与应用
磁共振成像技术的原理与应用随着科技的不断进步，医学成像技术也在不断创新，其中磁共振成像技术（MRI）备受瞩目。
MRI可以产生身体内部的高清图像，让医生可以更清晰地观察身体内部的组织、器官及其活动，帮助他们进行诊断和治疗。
那么，磁共振成像技术是如何工作的呢？它有哪些应用呢？下面我们就来一起探讨一下磁共振成像技术的原理和应用。
一、磁共振成像技术的原理首先，我们需要知道MRI是利用核磁共振原理产生影像的一种技术。
核磁共振原理是指：核磁共振出现在对具有自旋的原子核（如氢原子核）置于强磁场中时，因核磁矩的作用而产生的一系列现象。
当核磁矩通过一个射频脉冲作用后，原子核会吸收掉一部分能量，随后再放出这部分能量，这过程中放出的能量被称为核磁共振信号。
在图像显示过程中，信号的强度与每个像素的颜色和亮度成正比。
在MRI中，患者会被放置在一个强大的磁场中。
磁场会使得被成像部位内的氢原子核（其实还有氧气、碳、磷、钙离子等离子入读）的磁矩指向同一个方向，也就是沿着磁场的方向。
接着，通过向患者发送一系列的射频信号，这些信号会使得部分氢原子核的磁矩发生偏转，最终发射出核磁共振信号。
产生的核磁共振信号会被一个叫做“线圈”的设备接收。
线圈中包含了触发高频电磁场和接收核磁共振信号的装置。
接收到的信号会转化为电信号并通过计算机进行处理，处理后的数据可以产生人体内部结构的图像。
二、磁共振成像技术的应用1. 诊断中枢神经系统和良恶性肿瘤MRI不同于X-射线，因为它不会使用有害辐射来拍摄图像。
这使得MRI成为一种追踪肿瘤、诊断脑部问题等方面的首选工具。
MRI能够显示出神经系动态作用及其变化，同时也可以显示出脑肿瘤的大小和形状，从而给医生提供更多的信息来进行治疗。
2. 诊断骨骼和关节问题MRI可以提供高质量的图像，帮助医生检查骨骼和关节的结构、损伤和疾病。
MRI可以侦测到运动员和运动爱好者中的典型游泳、跑步及其他竞技运动引起的损伤。
此外，MRI还可以帮助医生观察到早期关节炎的征兆，从而确诊关节炎。
磁共振的原理和应用
磁共振的原理和应用磁共振的原理磁共振是一种基于原子核磁性的物理现象，广泛应用于医学领域。
它的原理是通过在强磁场中施加一定的电磁波，使原子核发生共振现象，从而得到关于原子核的信息。
具体来说，磁共振的原理可以概括为以下几个方面：1.磁共振现象：在进入强磁场后，原子核会对磁场产生响应，进而发生共振。
这是因为原子核具有自旋角动量，而磁场可以引起原子核自旋角动量的方向和能量的变化，从而产生共振信号。
2.拉莫尔频率：拉莫尔频率是原子核在特定磁场中的共振频率。
拉莫尔频率与原子核的磁性、电荷、核自旋等因素有关。
通过测量原子核的拉莫尔频率，可以确定物质的成分和结构。
3.磁共振信号的检测：磁共振信号可以通过接收原子核共振信号产生的电磁波来进行检测。
这种电磁波可以通过天线或探测器接收，并转换成能够被显示器或计算机处理的信号。
磁共振的应用磁共振在医学领域有着广泛的应用，特别是在诊断和研究方面。
以下是磁共振在医学领域的几个重要应用：1.磁共振成像（MRI）： MRI是利用磁共振原理进行医学影像诊断的一种非侵入性检查方法。
通过在患者身上产生特定的磁场和电磁波，可以获得高分辨率的人体结构和器官图像。
MRI在检测器官病变、肿瘤、中风和神经退行性疾病等方面有着广泛的应用。
2.功能性磁共振成像（fMRI）：fMRI是一种用于测量脑部活动的方法。
它通过观察患者大脑区域血液供应的变化来分析脑部功能活动。
fMRI在研究神经系统疾病、心理学和认知科学等领域有着重要的应用。
3.磁共振波谱学（MRS）： MRS用于测量生物体内的化学物质组成和代谢过程。
通过分析特定核磁共振信号的强度和频率，可以确定生物样本中各种化学物质的含量和类型。
MRS在生物医学研究中被广泛应用，例如在癌症和神经系统疾病的研究中。
4.磁共振弹性成像（MRE）： MRE是一种用于测量组织力学性质的成像技术。
它通过将机械振动引入到组织内，然后利用磁共振技术来检测和分析振动的传播和反射情况。
核磁共振成像的原理与应用
核磁共振成像的原理与应用核磁共振成像(NMR)技术，也被称为磁共振成像(MRI)，是现代医学领域中应用广泛的无创成像技术。
该技术的原理基于核磁共振现象，通过对人体内的原子核进行激发和检测，获得人体内部结构的高清图像，这大大改进了人体内部疾病的诊断和治疗。
本文将从核磁共振成像的原理和应用两个方面进行详细介绍。
一、核磁共振成像的原理核磁共振现象是物理学中的一种基本现象。
当原子核处于强磁场中时，其会发生预cession（进动）现象，即前进和退后的往返运动，其中这一运动的频率与磁场的强度有着密切的关系。
当原子核在外部强磁场中的方向与磁场相连时，将构成高度秩序的、统一前进的状态。
在这一状态下，当对原子核提供一个特定的射频信号时，这些原子核将被激发，产生旋翼运动，并放出周围的能量。
通过激励原子核的磁场脉冲的强度和频率可以产生不同的共振响应，每一个响应都对应着具有不同的特征的原子核，然后我们可以对这些响应进行检测和汇总，最终得到被测量的物体的结构图像。
在核磁共振成像中，我们通常使用磁共振扫描仪来探测原子核，其原理是通过预设区域内的高强度均匀静磁场，使得被探测的原子核都处于同一方向，接着施加特定的射频脉冲，对区域内的原子核进行激发，之后切换成观测模式，检测每个原子核发出的信号，并将这些信号转换成 3D 扫描图像。
二、核磁共振的应用核磁共振成像技术可以被广泛地应用在不同领域，下面将分别介绍医学、生命科学和材料科学领域中的应用。
2.1 医学领域核磁共振成像技术是现代医学中极为重要的成像方法，它可以准确地捕捉人体内部的各种器官和组织的结构特征，从而在医疗精细化发展的进程中显得越发重要。
在肿瘤诊断中，核磁共振成像技术可以提供高精度的3D图像，协助医生更好地判断肿瘤的大小和位置，从而选择更加合适的治疗方案。
在神经科学领域中，核磁共振成像技术可以准确显示人脑中的各个功能区域，如医生可以利用磁共振技术来诊断失眠等神经系统的基础异常。
核磁共振的原理及应用
核磁共振的原理及应用核磁共振是一种非常重要的物理现象，它不仅在科学研究中有广泛的应用，也在医学、生物学、化学等领域具有广泛的应用。
本文将介绍核磁共振的原理及其应用。
一、核磁共振的原理核磁共振的原理是基于原子核的属性。
原子核在磁场中存在一个固有的自旋，它就像一个小的带电体，会产生一个旋转的磁场。
当一个外加的磁场作用于原子核时，原子核会发生一种叫做“进动”的运动。
这个进动的频率与外加磁场的强度和原子核自旋的性质有关。
当外界向样品中的原子核施加一种射频电磁波，如辐射磁场，原子核会吸收这个电磁波并被激发到高能态。
当外界停止施加电磁波时，原子核会返回到低能态并通过辐射磁场向外发射一种电磁波。
这个电磁波的频率与原子核自身的属性有关，它是每种原子核特有的。
这个过程就是核磁共振的基本原理。
二、核磁共振的应用1. 医学方面的应用核磁共振成像（MRI）是医学领域中最广泛应用核磁共振技术之一。
它通过接受由机器产生的外部电磁波信号，对人体内的水分子分布进行扫描，从而生成高分辨率的图像。
这个技术的优点在于不依赖于X射线等有害射线，能够揭示出体内组织的详细三维结构，对于癌症、心血管疾病、神经系统疾病等疾病的诊断非常有用。
2. 药物研究方面的应用核磁共振也广泛应用于药物研究领域，尤其是对于低浓度物质的检测具有很高的敏感度。
它可以用于分离和鉴定分子组成或结构，测定反应动力学参数，甚至可以实现实时跟踪药物分布和代谢。
这些应用可以帮助药物研究人员更好地理解药物代谢和行为，并帮助开发更有效的药物。
3. 其他领域的应用核磁共振在生物学、化学等领域也有广泛的应用。
例如，它可以用于分离和鉴定混合物中的分子，或用于检测固体物质的组成和结构。
此外，核磁共振还可以用于通过血液和组织中氢离子（也称做质子）的信号，来定量地分析体内物质的浓度。
总结：核磁共振是一种重要的物理现象，它的原理基于原子核的属性，可以应用于医学、药物研究、生物学、化学等领域。
简述核磁共振的原理及应用
简述核磁共振的原理及应用1. 核磁共振的原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种基于原子核的不同转态间的能级跳跃引起的电磁辐射和吸收现象的物理技术。
核磁共振原理基于原子核内部具有自旋的性质，当核自旋矢量在外加磁场作用下发生在两个能级间跳跃时，就会吸收或发射特定频率的辐射，这种现象被称为共振。
核磁共振的原理主要包括以下几个关键点：•核自旋：核自旋是指原子核围绕自身轴线旋转的性质。
核自旋可以用1/2、1、3/2等整数或半整数来表示，取决于核内部存在的质子或中子数目。
•外加磁场：核磁共振需要一个较强的外加静态磁场，使得核自旋矢量在磁场中取向，并产生塞曼效应。
•塞曼效应：塞曼效应描述了核自旋矢量在外加磁场作用下的取向。
塞曼效应的频率由核的旋磁比和外加磁场的强度决定。
•库珀对：库珀对是核磁共振中的一个现象，核自旋的两个能级在磁场中存在的不同跃迁的能量差被称为库珀对。
2. 核磁共振的应用核磁共振技术在医学、化学等领域中被广泛应用，具有以下几个重要的应用：2.1 医学影像学核磁共振成像（MRI）是一种非常重要的医学影像学技术。
核磁共振成像通过利用核磁共振原理，可以对人体组织和器官进行无创观察。
其原理是通过对人体部位施加强磁场和电磁波来激发组织中的核自旋，然后通过测量激发后的信号强度和频率以重建图像。
MRI在诊断肿瘤、脑部疾病、心血管疾病等方面有着广泛的应用。
2.2 化学分析核磁共振光谱（NMR spectroscopy）在化学分析中有着重要的应用。
核磁共振光谱可以通过测量样品中核自旋的共振频率和强度来确定化合物的结构和组成。
核磁共振光谱可以用于分析无机化合物、有机化合物、生物大分子等。
它在药物研究、环境分析、质量控制等方面起着重要的作用。
2.3 材料科学核磁共振技术在材料科学领域中也有着重要的应用。
通过核磁共振技术可以研究材料的结构、性质和反应动力学等。
核磁共振技术可以用于研究材料中的精细结构、材料的磁性、材料的热力学性质等。
核磁共振的原理与应用
核磁共振的原理与应用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种非常强大的分析技术，它基于原子核在外磁场作用下表现出的磁性而产生。
这项技术不仅广泛应用于物理、化学和生物医学领域，而且是新药研发、原料质量控制和食品检测等领域的重要工具。
本文将介绍核磁共振的原理和应用。
一、核磁共振的原理核磁共振技术基于核磁共振现象，可用于研究物质的化学结构、物理性质等。
这个现象是由物质中带电粒子（如质子和核子）的旋转所导致的。
当从外界施加一个恒定的磁场时，原子核的旋转会产生一个局部磁场，这个局部磁场会影响到邻近的原子核，并改变它们自身的旋转。
这样形成的相互作用称为“磁偶极相互作用”。
在此基础上，将射频电磁波作用于原子核，使其进行能量吸收和辐射，此时产生谱线，并反映出物质中的核的不同磁性环境。
这种现象即为核磁共振现象。
通常使用核磁共振谱仪来观察核磁共振现象。
谱仪由磁体、探头和各种控制电路构成。
磁体产生一个恒定的磁场，而探头则是用于施加射频电磁波的设备，而控制电路则是用于控制射频信号的频率和幅度。
二、核磁共振的应用1.化学领域核磁共振谱是化学分析的有力工具。
它可以用于精确测定物质的分子结构、相互作用和化学反应。
核磁共振谱可以确定有机分子中各种化学键的结合方式和它们在分子中的位置，而这些信息则对于合成新化合物和分析复杂杂环分子很有用。
另外，核磁共振技术还可以检测各种杂质，测定纯度和质量，这对于新药研发和原料质量控制起到了很大的作用。
2.生物医学领域核磁共振在生物医学领域中广泛应用。
它可以用于非侵入性地检测疾病，如放射性药物对患者不良的影响、脑部疾病的检测等。
此外，核磁共振技术也可以用于了解人体内的各种碳-氢、氮、氧、磷等分子之间的相互作用，从而更好地研究生命的本质。
3.食品领域核磁共振技术在食品领域中的应用也有很大的作用。
食品中往往含有大量的复杂分子结构，如蛋白质、糖和脂质等，这些分子往往会发生化学反应，而这些反应通常具有很高的选择性，因此很难被检测到。
磁共振的原理和临床应用
磁共振的原理和临床应用1. 磁共振的基本原理磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一种常用的医学成像技术，利用核磁共振现象，通过对人体组织的水分子进行成像和分析。
其基本原理如下：•磁共振现象：当原子核的自旋角动量与外加磁场共振时，能够吸收特定频率的辐射能量，产生共振现象。
•磁场：MRI使用强磁场，使得人体内部的水分子自旋与磁场共振。
•平静的磁场：待检查者需要置入平静的磁场中，通常需要躺在磁系统内的磁共振室中。
•RF信号：通过辐射频率（RF范围）的信号激发水分子，以在信号中收集并处理得到图像。
2. 磁共振的临床应用磁共振技术在医学领域中有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面。
2.1 诊断应用•头部和神经系统：磁共振成像技术对于检测脑部疾病，如肿瘤、脑梗死、脑出血等，具有较高的分辨率和敏感性。
•胸部和肺部：磁共振技术可用于检测肺部疾病，如肺结节、肺癌、支气管炎等，尤其非常适用于对于无放射性辐射的儿童。
•心脏和血管：磁共振技术能够清晰显示心脏和血管结构，用于检测心脏病变，如心肌梗死、心肌炎等，并提供血流动力学信息。
•骨骼和关节：磁共振技术在骨骼和关节方面的应用主要用于检测骨骼肌肉、关节软骨、骨髓等病变，如骨折、关节炎、骨肿瘤等。
2.2 术前评估和手术导航•肿瘤手术前评估：通过磁共振技术，医生可以更加准确地评估肿瘤的位置、形态和大小等信息，为手术提供重要的参考。
•脑手术导航：磁共振成像可以为脑外科手术提供细致、高分辨率的解剖图像，辅助医生进行手术操作。
2.3 世界卫生组织指南应用•癌症诊断：磁共振技术在癌症的早期诊断中起着重要的作用，能够帮助医生更早地发现病变，提高治疗效果。
•心血管疾病评估：磁共振技术可以提供心脏和血管的高分辨率图像，用于评估心脏结构和功能，帮助诊断和治疗心血管疾病。
•神经系统疾病评估：磁共振技术对于神经系统疾病，如脑卒中、癫痫、脑瘤等的评估具有高度的敏感性和特异性。
核磁共振的原理及应用
核磁共振的原理及应用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种基于原子核的物理现象，通过磁场对原子核进行激发并测量其电磁信号来获得有关样品结构和性质的信息。
本文将介绍核磁共振的基本原理以及其在医学、化学和材料科学等领域的应用。
一、核磁共振的原理核磁共振的原理基于原子核具有自旋（spin）的特性。
当样品中的原子核处于静态磁场中时，它们的自旋轴会与磁场方向产生内禀的取向。
外加的射频脉冲能够改变原子核自旋的取向，使其发生共振。
当射频脉冲结束后，原子核会重新恢复到基态，并释放出一定的能量。
通过检测和分析这些能量的释放，可以获得样品的谱图。
二、核磁共振的应用1. 医学应用核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是医学诊断中常用的无创检测技术之一。
它利用核磁共振的原理对人体或动物进行扫描，生成具有空间分辨率的图像，可以用于观察身体各部位的结构、病变以及器官的功能。
MRI在肿瘤、神经系统疾病和心血管疾病等方面有着广泛的应用。
2. 化学应用核磁共振光谱（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR）是化学领域中常用的结构分析方法。
它可以通过检测不同化学环境下原子核的共振信号，推断出样品中各种化合物的结构和相对含量。
核磁共振光谱可以应用于有机化学、无机化学、生物化学等各个领域，为化学研究提供了重要的分析手段。
3. 材料科学应用核磁共振可以用于材料科学中对材料的表征和研究。
通过对材料样品进行核磁共振实验，可以获得材料中原子核的结构、动力学和相互作用等信息。
核磁共振在催化剂、聚合物、金属合金等材料研究中具有重要的应用价值。
此外，核磁共振还可以用于测量材料的纯度、含量和质量等。
总结：核磁共振作为一种基于原子核的物理现象，具有重要的科学研究和应用前景。
它在医学、化学和材料科学等领域发挥着重要的作用，为人们深入理解物质的结构和性质提供了强有力的手段。
核磁共振的基本原理及应用
核磁共振的基本原理及应用1. 简介核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的物理现象和分析技术。
它基于原子核在外加磁场作用下的行为，在吸收和发射电磁波时的特定频率上表现出共振现象。
本文将介绍核磁共振的基本原理和其在科学研究、医学诊断和化学分析等领域中的应用。
2. 原理核磁共振的基本原理是原子核在外加磁场中的行为。
当外加磁场作用下，原子核将在两个能级之间发生能量转移，从而引起电磁辐射。
这种辐射可用于探测物质的结构、组成和动力学特性。
以下是核磁共振的基本原理： - 原子核具有自旋，常见的核磁共振实验中常使用的是具有自旋的质子（氢原子核）。
- 在外加静态磁场下，原子核将呈现两个能级：顺磁态和正磁态。
- 通过外加射频脉冲，可以将原子核从一个能级激发到另一个能级。
- 当原子核从高能级返回到低能级时，会以特定的频率释放能量，这也是所谓的共振频率。
3. 应用核磁共振在许多学科领域中得到广泛应用，包括但不限于以下几个方面：3.1. 科学研究核磁共振是研究物质结构和动态行为的重要工具之一。
它可以提供关于分子结构、化学键的信息，帮助科学家解决一系列的科学问题。
具体应用包括： - 研究核酸和蛋白质的结构和功能。
- 分析和表征有机和无机化合物的结构和性质。
- 探测物质中存在的杂质和污染物。
3.2. 医学诊断核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）是一种无创性的医学影像技术，通过利用人体组织对磁场的不同响应来获得高分辨率的图像，从而实现对人体内部结构和功能的观察。
主要应用包括： - 检测和诊断肿瘤、炎症和损伤等疾病。
- 观察人体器官的结构和功能，如心脏、脑部、骨骼等。
3.3. 化学分析核磁共振谱学是化学分析领域的重要技术，可以提供有机和无机物质的结构和组成信息。
常见的应用包括： - 分析有机化合物的结构和纯度。
- 通过测定物质中的化学位移，确定有机物质中的官能团和官能基。
核磁共振的应用及原理
核磁共振的应用及原理简介核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的科学技术，被广泛应用于医学、化学、物理学等领域。
本文将介绍核磁共振的原理，并探讨其在不同领域的应用。
原理核磁共振是基于原子核在外磁场的作用下发生共振现象的原理。
在外磁场作用下，原子核具有不同的能级，当外加射频脉冲与特定能级之间的共振频率相同时，原子核可以发生能级的跃迁，产生共振信号。
核磁共振的原理可以归纳如下： - 对于一个处于外磁场中的原子核，具有多个可能的能级。
- 当外加射频脉冲与特定能级之间的共振频率相同时，会产生共振信号。
- 通过测量共振信号的强度和频率，可以推断样品中原子核的类型、数量以及它们的化学环境。
医学应用核磁共振在医学领域的应用非常广泛，尤其在成像诊断方面。
下面列举了几个常见的医学应用场景： - 核磁共振成像（MRI）：核磁共振成像是一种无创的成像技术，通过测量组织中水分子的核磁共振信号来生成图像。
MRI可以帮助医生观察人体内部结构，如脑部、关节、肺部等，并用于诊断疾病。
- 磁共振弹性成像（MRE）：磁共振弹性成像结合了MRI和机械振动的测量，可以实时观察和定量分析组织的弹性性质。
它在肝脏病变、乳腺肿瘤等疾病的诊断和监测中有重要作用。
- 核磁共振波谱（NMR Spectroscopy）：核磁共振波谱是一种分析化合物结构和化学环境的方法。
通过测量样品的核磁共振信号，可以确定样品中不同的原子核类型以及它们的化学位移、耦合常数等信息。
化学应用核磁共振在化学领域也有广泛的应用，下面列举了几个常见的化学应用场景：- 核磁共振化学位移（Chemical Shift）：核磁共振化学位移是一种用于确定分子中原子核所在化学环境的方法。
不同的化学环境会导致原子核的共振频率发生偏移，通过测量核磁共振信号的化学位移可以推断化合物的结构和化学环境。
- 核磁共振耦合常数（Coupling Constant）：核磁共振耦合常数是一种用于确定分子中原子核之间相互作用的方法。
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一、核磁共振基本原理 原子核的角动量 通常称为核的自旋， 是原子 核的一个重要特性。由于原子核由质子和中子组成， 质子和中子是具有自旋为 １／２ 的粒子， 它们在核内 还有相对运动， 因而具有相应的轨道角动量。所有核 子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是原子核 的自旋。原子核自旋角动量 ＰＩ， 遵循量子力学的角动 量规则， 它的大小为：
核磁共振原理及其应用
王逗
１９４６ 年 以 美 国 物 理 学 家 布 洛 赫 （ Ｆ．Ｂｌｏｃｈ） 和 普 舍 尔（Ｅ．Ｍ．Ｐｕｒｃｅｌｌ）为 首 的 两 个 小 组 几 乎 在 同 一 时 间 ， 用不同的方法各自独立地发现了物质的核磁共振 （ＮＭＲ）现象， 后 来 两 人 合 作 制 造 了 世 界 上 第 一 台 核 磁共振谱仪。１９５２ 年他们二人因此获得了诺贝尔物 理奖。所谓核磁共振是根据处在某个静磁场中的物 质原子核系统受到相应频率的电磁波作用时， 在它 们的磁能级间产生共振跃迁的原理而采取的一种新 技术。核磁共振技术自创始以来经过了 ６０ 年代连续 波谱仪的大发展时代， 以及 ７０ 年代的脉冲傅里叶变 换核磁共振和核磁双共振时代， 近年来发展的多核 ＮＭＲ， 多脉冲 ＮＭＲ， 二维 ＮＭＲ 和固体 ＮＭＲ 在理论 和实践上都取得了迅速发展。
ＰＩ ＝!Ｉ（Ｉ＋１） ｈ Ｉ 为整数或半整数
Ｉ 是核自旋量子数。原子核自旋在空间给定 Ｚ 方向 上的投影 ＰＩＺ 为：
ＰＩＺ＝ｍＩ ｈ ， ｍＩ＝Ｉ， Ｉ－ １， …， － Ｉ＋１， － Ｉ
其中 ｍＩ 叫磁量子数。实验发现， 所有基态的原子核 的自旋都满足下面的规律： 偶 Ａ 核的自旋为整数， 其中， 偶偶核（ 质子数和中子数都是偶数） 的自旋都 为零； 奇 Ａ 核的自旋都是半整数。核子是费米子， 因 此， 核子数 Ａ 为偶数的原子核是玻色子， 遵循玻 色—爱因斯坦统计； 核子数 Ａ 为奇数的原子核是费 米子， 遵守费米—狄拉克统计。
艺。在冶炼矿石时形成的残渣通过高温处理获得
生态上纯净类似玄武岩的材料， 它耐受化学物质
和 机 械 作 用 。 负 责 这 项 计 划 的 亚 历 山 大·季 莫 费 耶
夫指出， 产生研制新容器的想法旨在尽快结束化 学和放射性废料在乌克兰境内大范围流散， 大量 化学和放射性废料被堆放在企业仓库内。研制者
二、核磁共振技术的应用 化学位移 在分子中， 磁核周围都有电子包围， 电子绕核运动形成电子云。在静磁场 Ｂ０ 作用时， 核
图 １ 孤立氢原子 Ｈ１ 的核外电子的抗磁屏蔽 现代物理知识
外电子云感应出电子环流， 因此产生一个与 Ｂ０ 大小 成正比， 方向相反的感应磁场 Ｂｉ， 如图 １ 所示。这时 磁核实际所受的磁场强度为 Ｂ０ ′：
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科苑快讯
物质的生态洁净容器
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乌克兰第聂伯罗彼得罗夫
斯克州科学家研制成生态上洁净的容器， 它可以
储存化学和放射性物质以及用过的核燃料， 目前 正在尼科波尔铁合金厂对新型容器进行试验。这
种容器用冶金生产废料制成， 第聂伯罗彼得罗夫 斯克州科学家在制作该容器时采用石熔化新工
原子核磁矩 原子核是一个带电的系统， 而且
·５０·
有自旋， 所以应该具有磁矩。和原子磁矩相似， 原子 核磁矩 μＩ 和原子核角动量 ＰＩ 有关系式：
μＩ ＝ μＮ ｇＩ !Ｉ（Ｉ＋１） μＩＺ＝ｍＩ μＮ ｇＩ 其 中 ， ｇＩ 称 为 原 子 核 的 朗 德 因 子 ， μＮ＝ｅ ｈ ／（ ２ｍｐ） ＝ ５．０５０８×１０－２７ Ｊ／Ｔ，称作核磁子。质子质量 ｍｐ 比电子质 量 ｍｅ 大 １８３６ 倍 ， 所 以 核 磁 子 比 玻 尔 磁 子 小 １８３６ 倍， 可见原子核的磁相互作用比电子的磁相互作用 弱得多。这个弱的相互作用正是原子光谱的超精细 结构的来源。 核磁共振 由于原子核具有磁矩， 当将被测样 品放在外磁场 Ｂ０ 中， 则与磁场相互作用而获得附加 的能量。 Ｗ＝ － μ·Ｉ Ｂ０＝ － ｍＩ μＮ ｇＩ Ｂ０ ｍＩ 有 ２Ｉ＋１ 取值， 即能级分裂成 ２Ｉ＋１ 个子能级， 根据 选择定则△ｍＩ＝±１， 两相邻子能级间可以发生跃迁， 跃迁能量： △Ｅ＝μＮ ｇＩ Ｂ０ 若其能级差△Ｅ 与垂直于磁场方向上， 频率为 " 的 电磁波光子的能量相等， 则处在不同能级上的磁性 核发生受激跃迁， 由于处在低能级上的核略多于处 在高能级上的核， 故其净结果是低能级的核吸收了 电磁波的能量 ｈ" 跃迁到高能级上， 这就是核磁共振 吸收。 该频率 "＝μＮ ｇＩ Ｂ０／ｈ 称为共振频率
Ｂ０ ′＝ Ｂ０ － Ｂｉ ＝（ １－ σ） Ｂ０ 式中 σ称为屏蔽常数， 它是特定原子核所处化学环 境的反映。
因 为 原 子 核 不 是 “裸 ”核 ， 分 子 中 的 核 是 由 电 子包 围 着 的 ， 即 处 于 一 定 的 “分 子 环 境 ”又 称 “化 学 环境”中。同一种核， 处于相同的静磁场中， 由于自 旋核所处的化学环境不同， 核所受实际磁场强度 不同， 核磁共振频率就不同。这种由于化学环境不 同引起的核磁共振频率发生偏移的现象称为化学 位 移 （ "） 。 这 种 化 学 位 移 成 为 不 同 化 学 集 团 的 “指 纹 ”， 使 有 可 能 从 核 磁 共 振 谱 中 得 到 有 关 分 子 结 构 的信息。
的谱线宽几个数量级， 致使化学位移、自旋耦合分裂 的精细结构全淹没了。因此， 消除偶极加宽， 提高分 辨率是核磁共振技术发展的关键。
目前， 已研制出固体高分辨核磁共振波谱仪， 并
已商品化， 这使得核磁共振的应用又有了新的发展。 （ 西安市西北大学物理系基地班 ７１００６９）
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指出， 化学和放射性废料可以在这些容器内安全 储存至少 ７００ 年， 而现在有害物质被储存在钢筋混 凝土容器内， 储存年限不超过 １０ 年。
主要专家之一的阿列克谢·亚洛沃伊指出， 该容
器不仅能用来储存有害废料， 而且能安全运输危险 废料， 因此我们将对容器在非常严格的情形下进行 认真试验， 包括在事故情况下进行试验。
１７ 卷 ５ 期（总 １０１ 期）
疾病的临床诊断和病理研究有很大意义。
磁核共振技术不仅在物理、化学、材料科学等方
面有广泛应用， 在近代医学技术中也得到了重要应
用。但它主要应用于鉴定化合物结构和研究化学动
力学等方面。以前， 高分辨核磁共振局限于测定液态
样品， 这是因为固体试样中邻近磁性核之间的磁偶 极间相互作用可使固体的核磁共振谱线比液体样品
应用氢谱解析结构 核磁共振是有机化合物结 构鉴定的一个重要手段， 例如用 Ｃ７Ｈ１６Ｏ３ 的 １Ｈ－ ＮＭＲ 谱 ， 可 推 断 其 结 构 式 （ 图 ２） 。 δ＝１．２ 附 加 的 峰 为 ＣＨ３ＣＨ２－ 基 的 甲 基 峰 ， 被 邻 接－ ＣＨ２－ 裂 分 为 三 重 峰。δ＝３．６ 峰为与氧相连的亚甲基峰， 移向低场， 同时 被邻接的甲基裂分为四重峰。更低场的 δ＝５．２ 峰为 单峰， 说明无氢核耦合， 再由峰面积比 ９： ６： １ 和化学 位移判断， 应是与 ３ 个氧相连的次甲基峰， 因此推断 此化合物为（ ＣＨ３ＣＨ２Ｏ） ３ＣＨ。
图 ２ Ｃ７Ｈ１６Ｏ３ｒ Ｈ１－ ＮＭＲ 谱
核磁共振计算机断层照相设备 （ ＮＭＲ － ＣＴ） 其基本原理： 就是利用核磁共振技术测量人体组织 中的氢核密度， 由于正常组织和病变组织中氢核密 度有明显差别， 于是就可诊断脏器病变情况。它比 Ｘ 射线断层照相有明显的优点， 对软组织也灵敏， 且由 于它对 １Ｈ， １３Ｃ， １７Ｏ， １５Ｎ 和 ３１Ｐ 等原子核以及由它们组 成的分子、离子和化学基等化学物质灵敏， 所以能得 到说明功能和代谢过程等的生理生化信息。因此对
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专家们声称， 利用废料制作容器在经济上是有 益处的， 而且新工艺能帮助冶金工作者解决生态问
题。例如可以使企业摆脱数以百万吨的废料， 因为大
量废料会占用不小的场地， 对周围环境产生负面影
响。只要订单一到， 他们就准备批量生产新型容器，
容器尺寸可由使用者自定。
（ 周道其译自《乌克兰新闻时报》２００４／１０／１７）