核磁共振

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核磁共振是什么-核磁共振的基本原理

核磁共振是什么-核磁共振的基本原理

核磁共振是什么-核磁共振的基本原理核磁共振是什么-核磁共振的基本原理大家知道什么是核磁共振吗?以下是PINCAI小编整理的关于核磁共振的相关内容,欢迎阅读和参考!核磁共振是什么_核磁共振的基本原理核磁共振是什么核磁共振是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。

核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段,相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。

核磁共振应用:核磁共振成像(MRI)检查已经成为一种常见的影像检查方式,核磁共振成像作为一种新型的影像检查技术,不会对人体健康有影响,但六类人群不适宜进行核磁共振检查:即使安装心脏起搏器的人、有或疑有眼球内金属异物的人、动脉瘤银夹结扎术的人、体内金属异物存留或金属假体的人、有生命危险的危重病人、幽闭恐惧症患者等。

不能把监护仪器、抢救器材等带进核磁共振检查室。

另外,怀孕不到3个月的孕妇,最好也不要做核磁共振检查。

核磁共振的基本原理原子核的自旋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INMR信号I偶数偶数无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I值为零的原子核可以看做是一种非自旋的`球体,I为1/2的原子核可以看做是一种电荷分布均匀的自旋球体,1H,13C,15N,19F,31P的I均为1/2,它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。

I大于1/2的原子核可以看做是一种电荷分布不均匀的自旋椭球体。

[2] 核磁共振现象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。

核磁共振实验报告

核磁共振实验报告

引言概述:
核磁共振是一种重要的研究分析手段,广泛应用于化学、生物、医学等领域。

本文旨在通过针对核磁共振实验的详细阐述,展示其原理、方法和应用,并结合实验结果进行分析和总结,以进一步深化对核磁共振的理解。

正文内容:
一、核磁共振的原理
1.原子核的自旋与核磁矩
2.磁共振现象的基本原理
3.施加磁场与共振条件的关系
二、核磁共振仪的结构和原理
1.核磁共振仪的主要组成部分
2.磁场与调节系统
3.射频系统的工作原理
4.检测信号的采集与处理
三、核磁共振实验的基本步骤
1.样品的制备与装填
2.核磁共振参数的测定
3.核磁共振谱图的获取
4.核磁共振谱图的解析
5.参数的计算与分析
四、核磁共振在化学分析中的应用
1.核磁共振谱图的解析与结构鉴定
2.化学位移与电子环境的关系
3.倍分辨核磁共振技术的应用
4.核磁共振在反应动力学研究中的应用
5.核磁共振在质子化学位移的定量分析中的应用
五、核磁共振在生物医学中的应用
1.核磁共振成像原理与技术
2.核磁共振成像与疾病诊断
3.核磁共振成像在器官显影中的应用
4.动态核磁共振技术在生物医学中的应用
5.核磁共振在药物研发中的应用
总结:
通过本文对核磁共振实验的详细阐述,我们对核磁共振的原理、方法和应用有了更深入的了解。

核磁共振作为一种重要的分析手段,在化学、生物、医学等领域发挥着重要作用。

根据实验结果分析和总结,我们可以得出核磁共振在化学分析和生物医学领域的
广泛应用前景,并提出进一步探索和研究的方向,以推动核磁共振技术的发展和应用。

什么是核磁共振,核磁共振能查出什么疾病张舒云

什么是核磁共振,核磁共振能查出什么疾病张舒云

什么是核磁共振,核磁共振能查出什么疾病? 张舒云发布时间:2021-10-21T06:48:33.287Z 来源:《中国蒙医药》2021年第4期作者:张舒云[导读] 目前在临床上的应用是很广泛的。

对于核磁共振具体检查的疾病我们需要了解。

四川省巴中市通江县人民医院核磁共振是一种在医学方面利用影像学给患者做检查的一种检查方法。

随着科技的进步,目前在临床上的应用是很广泛的。

对于核磁共振具体检查的疾病我们需要了解。

一、什么是核磁共振核磁共振是一种在医学方面利用影像学给患者做检查的一种检查方法。

随着科技的进步,目前在临床上的应用是很广泛的。

核磁共振就是利用了其医学成像原理,根据现代的新的医学影像,新的技术,对人的大脑、肝肾、脾、胰、子宫、卵巢等人体的实质器官以及心脏、血管这些对人体都具有着重要功能的部位有着非常好的诊断功能。

核磁共振这种检查方式在现代医学中越来越常见,并且核磁共振这种检查方式与人们口中常提及的CT拍片检查也很相似,有着类似的原理。

核磁共振相对于其他医学检查手段来说,机器对人体的扫描速度快、对人体组织的分辨率高、扫描出的图像更加清晰、成像参数多并且对人体的伤害没有那么大,在这些方面体现了核磁共振的极大优势,也同时体现了科技的进步对人们日常生活的利处。

核磁共振相对于CT/X光等的医学检查来说,更加有效地控制了电离辐射对人体的伤害,因为核磁共振是利用磁场成像的原理,没有放射性,所以不会对人体产生伤害,但就算是如此,任何检查也都是有限度的,一些患者的自身身体素质也是有不适合进行核磁共振检查的情况的,患者还是应该根据医嘱进行正确的医疗检查。

据医学经验以及相关知识的了解,金属是会对磁场产生干扰的,患者在进行核磁共振检查前,必须将所佩戴的一切有关金属物件摘除,还有一些身体内部在事前装入的医疗治疗设备,也都是需要提前了解清楚并避免的,上腹部的检查还需要保持空腹,可饮用适量纯净水,可对肝肾成像更加清晰。

二、核磁共振能检查出什么疾病1、神经系统病变人的神经系统是由中枢神经和周围神经所构成的,核磁共振对软组织的扫描成像再清晰再适合不过了,必须得是核磁共振作为神经系统疾病检查上的首选。

核磁共振操作流程

核磁共振操作流程

核磁共振操作流程核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)是一种重要的分析技术,广泛应用于化学、生物、医药等领域。

本文将介绍核磁共振的操作流程,帮助读者了解核磁共振实验的基本步骤和注意事项。

1. 样品准备。

在进行核磁共振实验之前,首先需要准备样品。

样品的准备对于获得准确的核磁共振谱图至关重要。

通常情况下,样品应该是干燥的、纯净的,并且溶解于适当的溶剂中。

在选择溶剂时,需要考虑样品的溶解度和核磁共振谱图的清晰度。

另外,还需要注意避免样品受到空气、水分或其他杂质的污染。

2. 仪器调试。

在进行核磁共振实验之前,需要对核磁共振仪进行调试。

首先,需要进行仪器的校准,确保仪器的稳定性和准确性。

然后,需要进行磁场的调节,以保证磁场的均匀性和稳定性。

在调试过程中,需要仔细检查仪器的各项参数,并根据实际情况进行调整,以确保实验的顺利进行。

3. 参数设置。

在进行核磁共振实验之前,需要设置合适的参数。

这包括脉冲序列的选择、扫描参数的设置等。

不同的样品可能需要不同的参数设置,需要根据样品的性质和实验的要求进行调整。

在设置参数时,需要注意保证信噪比的合适性,以获得清晰的核磁共振谱图。

4. 数据采集。

在参数设置完成后,可以开始进行核磁共振实验。

在数据采集过程中,需要确保样品处于稳定状态,并且仪器处于正常工作状态。

同时,需要注意记录实验条件和参数,以便后续数据处理和分析。

5. 数据处理。

核磁共振实验得到的数据通常需要进行处理和分析。

这包括数据的峰识别、积分、峰面积的测量等。

在数据处理过程中,需要注意排除可能的干扰和噪音,并确保数据的准确性和可靠性。

6. 结果解读。

最后,根据数据处理得到的核磁共振谱图,可以进行结果的解读和分析。

通过对峰的位置、强度和形状进行分析,可以得到样品的结构信息和化学性质。

在结果解读过程中,需要结合实验条件和样品性质,进行合理的推断和解释。

总结。

核磁共振实验是一项重要的分析技术,可以提供样品的结构和化学信息。

核磁共振检查什么

核磁共振检查什么

核磁共振检查什么引言核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种非侵入性、无辐射的医学影像检查技术,由于其高分辨率和多参数功能,被广泛应用于临床医学领域。

核磁共振检查可以提供大量详细的解剖和功能信息,帮助医生准确诊断疾病并制定合理的治疗方案。

本文将详细介绍核磁共振检查适用于哪些病症以及它在这些病症中的应用。

1. 脑部核磁共振检查脑部核磁共振检查是最常见的核磁共振应用之一,广泛用于脑部疾病的诊断和评估。

它可以检测脑部结构的异常,如肿瘤、出血、感染和脑血管病变等。

此外,脑部核磁共振还可以提供关于脑组织的代谢信息,如脑梗死、代谢性疾病和癫痫发作。

2. 脊柱核磁共振检查脊柱核磁共振检查主要用于评估脊柱和脊髓的疾病,特别是椎间盘突出、脊髓损伤和脊柱肿瘤等。

它可以帮助医生确定疾病的位置、大小和形态,指导手术治疗和康复计划。

3. 心脏核磁共振检查心脏核磁共振检查是一种无创性评估心脏结构和功能的技术,广泛用于心脏病的诊断和治疗。

它可以提供关于心脏壁运动、心脏腔的大小和形态、心室流量和心脏瓣膜的功能等信息。

心脏核磁共振还可以评估冠状动脉疾病、心脏肥厚和心肌梗死等心脏病变。

4. 肝脏核磁共振检查肝脏核磁共振检查主要用于评估肝脏疾病,如肝肿瘤、肝纤维化和肝内胆管疾病等。

它可以提供关于肝脏结构、血供和代谢功能的详细信息,帮助医生制定肝脏疾病的治疗方案。

5. 骨骼核磁共振检查骨骼核磁共振检查主要用于评估骨骼系统的疾病,如骨折、骨肿瘤和骨关节炎等。

它可以提供关于骨骼结构、骨骼肌肉的关系和动力学信息等。

骨骼核磁共振还可以评估关节软骨的损伤和退化,指导关节置换手术和康复计划。

6. 乳腺核磁共振检查乳腺核磁共振检查主要用于早期发现乳腺癌和乳腺疾病。

它可以提供关于乳腺结构、组织密度、肿块的形态和动态变化等信息,对于乳腺肿瘤的定位和分期非常有帮助。

7. 盆腔核磁共振检查盆腔核磁共振检查主要用于评估盆腔器官的解剖和病变,如子宫肌瘤、卵巢肿瘤和子宫内膜异位等。

健康科普——核磁共振技术

健康科普——核磁共振技术

健康科普——核磁共振技术近些年来,随着医疗技术水平的不断提高,核心共振技术也有所进步。

提到磁共振检查,相信大家都不会感到陌生。

与其他的技术相比较而言,核磁共振技术能够及早发现病变、甄别良恶性质,无电离辐射等优势,被越来越多的人选择。

但是同时其也有一些不足之处,如检查时间长等。

今天就带大家来一起了解一下核磁共振技术吧。

1、什么是核磁共振技术核磁共振技术,即NMR,主要是一种通过基于磁性核子的磁性特性原理成像(核磁共振成像MRI),对人体疾病进行检查的物理分析技术。

现阶段,该技术在生物医学、材料科学、化学等多个领域都有广泛的应用。

2、核磁共振技术有哪些优缺点2.1优点通常情况下,核磁共振技术的优点主要包括以下几点:第一,没有辐射和X射线暴露的危险,且优于X线和CT检查。

因此,多被应用于生殖系统、乳房、孕妇及新生儿的疾病诊断方面;第二,具有良好的分辨力,优于CT检查,可以很好地分辨软组织和骨骼;第三,由于各种参数均可以用来成像,而多个成像参数能够提供更多、更丰富的数据信息,如肝炎、肝硬化、肝癌的T1值不同,如果做T1的加权图像,则可以有效的区别这三种疾病,而且还可以辨别疾病的良、恶性质;第三,可以有效地诊断心脏病变;第四,与CT只能获取人体长轴垂直横断面相比较而言,核磁共振技术可以通过调节磁场来自由的选择剖面。

2.2缺点MRI作为影像诊断,很多病变单凭MRI依旧是无法确诊的,不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断。

通常情况下,核磁共振技术的缺点主要包括以下几点:第一,检查费用相对较高;第二,空间分辨率较差;第三,检查时间相对较久,部分患者无法有效地配合医生检查;第四,噪音较大,可能会在一定程度上影响患者的听力。

3、核磁共振适应症有哪些第一,神经系统病变,如,肿瘤、梗死、出血、变性、先天畸形、感染等等;第二,脊髓脊椎的病变,如,脊椎的肿瘤、萎缩、变性、外伤椎间盘病变等等;第三,心脏大血管的病变,如心脏病、心包积液、心肌病等;第四,胸部病变,如纵隔内的肿物、淋巴结以及胸膜病变等,可以显示肺内团块与较大气管和血管的关系等;第五,腹部器官,如肝癌、肝血管瘤及肝囊肿的诊断与鉴别诊断,腹内肿块的诊断与鉴别诊断,尤其是腹膜后的病变。

核磁共振检查流程

核磁共振检查流程

核磁共振检查流程核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种利用原子核在外加磁场和射频场作用下产生共振吸收信号的物理现象,通过对这些信号的采集和处理,可以获取人体内部组织的高分辨率影像,从而用于临床诊断和疾病监测。

核磁共振检查是一种无创的检查方法,对人体没有任何伤害,因此被广泛应用于医学影像学领域。

下面将介绍核磁共振检查的流程。

1. 预约检查。

患者在进行核磁共振检查之前,首先需要提前预约检查时间。

通常可以通过医院的预约电话或在线平台进行预约,选择适合自己的时间进行检查。

2. 检查前准备。

在前往医院进行核磁共振检查之前,患者需要注意以下几点:避免穿戴金属物品,如首饰、手表、钥匙等,因为金属会对核磁共振设备产生干扰。

了解自己是否有金属植入物或其他对核磁共振检查有影响的情况,如心脏起搏器、人工关节等。

避免进食或饮水,因为检查时需要保持空腹状态。

3. 检查过程。

当患者到达医院进行核磁共振检查时,会被引导到核磁共振检查室,然后进行以下步骤:由医生或技师介绍检查流程,并询问患者有无禁忌症。

患者更换医院提供的检查服装,去除身上的金属物品。

患者躺在核磁共振设备的检查床上,保持身体舒适放松。

核磁共振设备会在检查过程中发出一些噪音,患者需要配合保持静止,不要随意移动。

4. 检查注意事项。

在核磁共振检查过程中,患者需要注意以下几点:保持呼吸平稳,不要过于紧张或焦虑,以免影响检查效果。

遵守医生或技师的指导,配合完成各项检查动作。

如有不适或疑问,及时告知医生或技师。

5. 检查结束。

当核磁共振检查完成后,患者可以根据医生的指示离开检查室。

在离开医院前,可以正常饮食和活动,没有任何限制。

总结。

核磁共振检查是一种非常重要的医学影像学检查方法,可以为医生提供丰富的诊断信息。

在进行核磁共振检查时,患者需要配合医生和技师的工作,保持配合和耐心,以确保检查的准确性和有效性。

同时,患者在检查前也需要做好充分的准备工作,以确保检查的顺利进行。

什么是核磁共振

什么是核磁共振

什么是核磁共振核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种研究物质内究竟组成什么、构造到底如何的非凡技术。

它以其准确量测出大自然中分子结构的能力,堪称皮尔森心理学和普里姆经济学两大奖项创始人之一,荷兰物理学家拉尔夫·皮尔森(Ralph H. Pieterson)提出的启示。

本文致力于为大家详尽解释核磁共振带来的好处,以及它的应用方式:1、定义和工作原理核磁共振,又称NMR,是一种多用途的分子成像技术。

它通过精确测量分子核的磁性信号来分析构型,可以用来研究分子的构型和位置。

它的基本原理是核磁共振检测器注入到内部的辐射,当辐射扫描分子内部时,结构内的核自旋会沿着辐射方向旋转并发射信号,而这些信号被检测器捕捉并进行分析,以给出物质的分子层面构型信息。

2、核磁共振的优势与劣势(1)优势:(1)可以精确测量分子核的磁性成分;(2)可以用来研究分子的构型和位置;(3)用计算机处理数据,可以得到准确的结构;(4)NMR仪器的设计使其变得越来越易于运作和维护,同时也可以提供比以往更高的精度和更强的信号。

(2)劣势:(1)需要非常低的温度才能实现有效检测;(2)扫描速度较慢,因此不适用于动态研究;(3)由于NMR仪器的高价格,很多学校实验室并不能拥有。

3、核磁共振的应用核磁共振技术可以用于各种领域,包括材料结构研究、药物设计和发现、生物氨基酸测序、蛋白质结构分析、基因组中的分子标记研究以及医学成像研究等。

(1)材料结构研究:核磁共振能够非常精确分析结构和化学组成,可用于研究改性材料、复合材料和结构亚单位的构型细节,以及检测各种对有机分子构型、化学组分和结构空位有影响的应力,从而更好地测量、模拟和理解材料特性。

(2)药物研究:利用NMR技术可以精细描述药物构象类型及其各分子之间在受到特定条件时的变化,从而为药物分子的设计和改造提供重要的准确数据和信息,并有助于开展药物设计理论研究。

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核磁共振摘要:本文阐述了核磁共振的基本原理以及表征氢原子核的核磁共振谱的基本参数,绘制了标准化合物的核磁共振谱,并计算了相应的化学位移和耦合常数,最后对本实验进行了讨论。

关键词:核磁共振氢原子核 化学位移 耦合常数 一、引言核磁共振现象最早是在1946年由美国斯坦福大学的Bloch 和哈佛大学的Purcell 发现的,他们因此而获得了1952年度的诺贝尔奖金。

具有磁矩的原子核位于恒定磁场中时,一般将以一定的角速度围绕磁场轴作进动并最终沿磁场方向趋向。

如果垂直于该恒定磁场外加一弱交变磁场,则当交变场的圆频率0ω和恒定磁场0H 满足一定关系(00H ωγ=,γ为旋磁比)时,核磁矩将会沿着固定的轨道绕恒定磁场进动,同时出现能量的最大吸收。

随后,Bloch 、Landau 等科学家分别从这一经典的物理图象出发,给出了核磁共振现象的经典描述。

以后,又有了量子力学的解释。

今天,核磁共振已成为研究物质结构、研究原子核的磁性、进行各种化合物的分析和鉴定、测定各种原子核磁矩以及进行医学诊断的有力工具。

二、实验目的(1)了解核磁共振的基本原理和表征氢原子核的核磁共振谱的基本参数。

(2)熟悉高分辨率核磁共振仪的测量步骤。

(3)初步掌握核磁共振谱的解析方法。

三、实验原理(1)原子核的基本特性原子是由原子核和核外运动的电子所组成的。

原子核的电荷、质量、成分、大小、角动量和磁矩构成了它的基本性质。

众所周知,原子核带正电,所带电量和核外电子的总电量相等,数值上等于最小电量单位191.602110e -⨯(C)的整倍数,称为电荷数。

原子核的质量一般用原子质量单位271.6605510μ-⨯(kg )表示,这时,其质量均非常接近于一整数,被称为原子核的质量数。

原子核由质子和中子这两种微观粒子所组成,它们的质量大致相等,但每个质子带正电量e ,而中子则不带电。

因此,元素周期表中的原子序数z 同时可表示相应原子核外的电子数、核内质子数和核的电荷数。

原子核的大小为1510m -的数量级。

原子核具有本征角动量,通常称为原子核的自旋,等于核内所有运动的角动量的总和。

核自旋可用自旋量子数I来表征。

核内的中子和质子都是12I =的粒子。

实验证明,如将原子核按其自旋特性来分类,则可分为三类:(1)电荷数(即原子序数)与质量数都为偶数的核,如12C ,18O 等,它们的自旋量子数为零;(2)质量数为单数的核,如1H ,13C ,15N ,17O ,19F ,31P 等,它们的自旋量子数为半整数(12,32,52,……);(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PI 和本征自旋磁矩I μ:I I I P g μ==,(1)I P 和I μ方向互相平行。

式中,/2h π= ,h 为普朗克常数。

I g 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P M 分别是质子的电荷与质量。

271/(2) 5.05082410N P e M JT μ--==⨯ ,称为核磁子,是核磁矩的单位。

和电子磁矩的单位玻尔磁子241/(2)9.27407810B g e m JT μ--==⨯ 相比,B μ比N μ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0H 中,则I P 和I μ沿z 方向的分量z P ,z μ只能取一系列不连续的值:Z Z N Z N P m P m μγγ=== ,(2)式中,=IN IP μγ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Z P 和Z μ的最大值,即()max Z P P I == ,()max Z N I μμγ==(3)(2)氢原子核氢原子核(1H)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12I =,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12m =+和12-。

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12m =-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图1 氢原子和自旋磁矩在恒定磁场中的能级分裂0P E H γ∆= (4)式中,412.6751310(OeS)P γ-=⨯,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12m =+的质子数+N与12m =-的质子数-N之比:0000exp exp 1H H N E N kT kT kT γγ+-∆⎛⎫⎛⎫==≈+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭(5)假定()30H =1.121410kA/m 14902Oe ⨯,这是60MHz 核磁共振仪室温下测量的典型条件),则1.0000099N 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10个左右。

如果要使位于低能级的核跃迁到较高能级去,即从12m =+的能级跃迁到12m =-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0H 的方向上对氢原子核系统施加一个圆频率为002f ωπ=的小交变磁场,其提供的能量0ω 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0E ω∆= (6)可得出发生核磁共振的必要条件为00P H ωγ= (7)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(7)式可知,如果小交变磁场的频率为60MHz ,恒定磁场为()30H =1.121410kA/m 14902Oe ⨯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,这种非自发辐射的途径是客观存在的,称为弛豫过程。

一是纵向弛豫,又称自旋晶格弛豫,经过这种过程,一些核由高能级回到低能级,核的能量被转移到周围的分子变成热量放出;另一种弛豫是横向弛豫,又称自旋自旋弛豫,通过它,一核的能量被转移至另一核,但各种取向的核的总数保持不变。

关于这两种弛豫过程的详细讨论,可参阅有关文献和著作。

(3)表征液体核磁共振氢谱的主要参数及其基本概念本实验使用的核磁共振仪频率为60MHz ,可用于研究液态的有机化合物或固态化合物溶液(通常,液态样品也往往需用溶剂稀释)中的氢原子核的核磁共振谱。

这时,表征核磁共振氢谱的主要参数是化学位移和耦合常数。

A. 化学位移根据核磁共振条件(7)式,氢原子核(1H )在()30H =1.121410kA/m 14902Oe ⨯的磁场下,将吸收60MHz 的电磁波能量,或者说,如固定交变磁场的频率不变(60MHz ),则所有质子都应在()30H =1.121410kA/m 14902Oe ⨯的磁场下发生共振,产生共振峰。

但是,实验发现,化合物中各种不同的原子核,在60MHz 频率下,共振磁场强度稍有不同。

这种原子核由于在分子中所处的化学环境不同造成在不同的共振磁场下显示吸收峰的现象称为化学位移。

产生化学位移的主要原因是由于氢原子核外围的电子以及与该原子核相邻近的其他原子核的核外电子在外加磁场的感应下会产生对抗磁场,从而对外加磁场起了一种屏蔽作用。

其大小可用一屏蔽因子σ来反映。

于是,产生核磁共振的有效磁场可以表示成()eff 01H H σ=- (8)一般σ值为5310~10--。

对60M H z 仪器,化学位移的差异范围约在140.9mOe 之内或换算成频率是在600Hz 之内。

尽管这种差异范围很小,但却是一个很重要的现象,是核磁共振在化学中应用的基础。

如图2示出了乙基苯于100MHz 时的高分辨核磁共振图谱。

从图中可以看出,乙基苯的分子6523C H CH CH 中,65C H -基团上的5个质子,2CH --基团上的2个质子以及3CH -基团上的3个质子各自在分子中所处的化学环境是不同的,因而会在不同的磁场强度下产生共振吸收峰,即它们具有不同的化学位移。

同一图中还示出了积分记录图。

由于化学位移差别范围很小,所以要精确测出其绝对值比较困难。

一般都以相对数值来表示,测量精确度可在1Hz 以内。

测量时,以某一标准物质的共振峰为原点,然后测出各共振峰与原点的距离,再按下式定义计算出化学位移δ值:661010f f H H f H δ⎡⎤⎡⎤--=⨯=⨯⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦样品样品标准标准标准标准(9)式中,乘以610是为了使δ所得数字易读易写。

为此,通常把ppm (part per million 的缩写,意思是百万分之一)作为δ值的单位。

对于60MHz 的仪器,1ppm 的宽度相当于频率改变60Hz 。

图2 乙基苯(10%Cl 4溶液)在100MHz 时的核磁共振谱及积分标准样品一般采用四甲基硅()34CH Si 。

它的共振峰只有一个单峰,且位于高场范围很容易识别。

这种物质化学上惰性很大,它的12个质子呈球形分布,因此是各向同性的。

它的共振磁场或共振频率随温度的变化很小。

它的沸点为27℃,易挥发,这有利于回收样品。

此外,它易于和许多有机溶剂混溶。

人们规定,在四甲基硅峰左边的δ值为正,位于其右边的峰δ值为负。

化学位移本身的校准常采用由几种化合物所组成的标准混合物,它们按表1的浓度配比封在一根玻璃管内供常规应用。

表1校准化学位移的标准化合物CH 3CCl 3B.耦合常数上面讨论的化学位移主要是考虑核磁的核外电子环境。

实际上,同一分子内部的核磁间的相互作用不可忽略。

虽然它不会影响化学位移,但对核磁共振谱的峰形有重大影响。

例如图2中的甲基峰(3CH -)和亚甲基峰(2CH --)分别为三重峰和四重峰,而不是单峰,这种现象就是由3CH -和2CH --基团上的氢原子核之间的相互作用引起的。

这种原子核之间的相互作用称为自旋耦合,由其引起的共振谱线增多的现象称为自旋分裂。

原子核间的自旋耦合是通过成键电子传递的。

其主要机制是费米接触机制。

设同一分子内有两个氢核X 和Y ,若两核之间无自旋耦合,则Y 核只有一种跃迁存在,即1122Y Y ⎛⎫⎛⎫+→- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭。

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