核磁共振技术及其运用
核磁共振技术的基本原理与应用
核磁共振技术的基本原理与应用核磁共振技术（NMR）是现代科学领域中最为重要和广泛应用的一种技术，广泛应用于化学、物理、生物、医学等各个学科领域。
本文将从NMR的基本原理入手，深入探讨NMR的应用及优势。
一、NMR的基本原理核磁共振技术的基本原理是基于核磁共振的现象，当物质中的原子核受到外加脉冲磁场的影响时，其能量水平的分布状态会发生改变，从而使得这些原子核的自旋方向发生一定的变化。
这种自旋运动的变化会引起原子核所在的原子体系产生一个感应信号，这个感应信号就是核磁共振信号。
二、NMR的应用1.化学应用核磁共振技术在化学应用领域中的应用主要是用于结构和化学反应的表征，包括定量分析、定性分析以及物质结构的表征等。
通过NMR技术，我们可以获取到关于化学物质中原子之间的相对位置关系、化学键形成方式以及共价键组成的信息，非常适用于有机物的分析和表征。
2.生物应用在生物学领域中，核磁共振技术主要是用于研究生命系统中的结构和功能，包括蛋白质、肽链、核酸、糖类等生物大分子的结构研究以及动力学行为的表征等。
通过核磁共振技术，可以实现区分、研究和表征各种生物大分子和它们之间的相互作用关系，从而为生命科学领域的研究提供一些非常有用的实验数据。
3.医学应用核磁共振技术在医学领域被广泛应用于成像诊断，比如常见的核磁共振成像技术（MRI）。
MRI是一种非侵入性的检测，能够在没有任何副作用的情况下对人体内部进行成像分析，从而对疾病的诊断和治疗提供了非常有力的支持。
三、NMR技术的优势与传统的化学、生物、医学等领域的研究方法相比，核磁共振技术具有以下优势：1.高灵敏度：核磁共振技术能够提供极高的检测灵敏度，可以检测到非常微小的样品以及特定原子的自旋状态。
2.非侵入性：核磁共振技术不需要对样品进行任何破坏性处理，且对人体的影响较小，能够提供无创的检测方法。
3.高分辨率：核磁共振技术能够提供非常高的分辨率，能够对样品的微观结构和分子构象进行准确分析。
核磁共振技术及其应用
核磁共振技术及其应用核磁共振(NuclearMagnetic Resonance, 简称NMR)是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，最早于1946年被Bloch和Purcell等人用实验所证实。
核磁共振的发现具有十分重要的意义，不仅为量子力学的基本原理提供了直接的验证，而且为多个学科领域的研究提供了一种不可或缺的分析与测量手段。
核磁共振技术主要有两个学科分支: 核磁共振波谱(NuclearMagnetic Resonance Spectroscopy)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, 简称MRI)。
核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的, 主要用于测定物质的化学成分和分子结构。
核磁共振成像技术诞生于1973年, 它是一种无损测量技术, 可以用于获取多种物质的内部结构图像。
由于核磁共振可获取的信息丰富, 因此应用领域十分广泛, 如分析化学、生命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等。
1核磁共振的基本原理核磁共振是指原子核在外磁场作用下, 其在能级之间共振跃迁的现象。
原子核磁性的大小一般用磁矩μ表示, μ具有方向性, μ =νh I, h是普朗克常数, I为自旋量子数, 简称自旋. 旋磁比ν实际上是原子核磁性大小的度量, ν值大表示原子核的磁性强, 反之亦然。
在天然同位素中, 以氢原子核(质子)的ν值最大(42. 6MHz/T) , 因此检测灵敏度最高, 这也是质子首先被选择为NMR研究对象的重要原因之一。
当把有磁矩的核( I≠0)置于某磁场中, 该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动———拉莫尔进动, 其频率由下式决定: ω = 2πν。
式中ω为角频率, ν为拉莫尔进动频率. 当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时, 处于低能态的核便吸收射频能, 从低能态跃迁到高能态, 此即核磁共振现象。
没有自旋的原子核( I = 0)没有磁矩, 这类核观察不到NMR信号, 如14C, 16O, 32 S 等, I = 1 /2的原子核是NMR中研究得最多的核, 如: 1H, 13C, 19 F, 15N等.2核磁共振技术的实验装置实现核磁共振可采取两种途径: 一种是保持外磁场不变, 而连续地改变入射电磁波频率; 另一种是用一定频率的电磁波照射, 而调节磁场的强弱。
磁共振常用技术及临床应用
磁共振常用技术及临床应用
磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是一种常用的医学影
像学技术，通过利用人体组织对磁场和射频脉冲的不同响应来获得高
分辨率的图像，被广泛用于医学诊断和研究领域。
下面将介绍磁共振
常用技术及其在临床应用中的重要性。
一、磁共振技术分类
1. 结构成像技术：包括T1加权成像、T2加权成像、FLAIR成像等，用于显示人体不同组织的结构和形态。
2. 功能成像技术：包括脑功能磁共振成像(fMRI)、扩散张量成像(DTI)等，用于评估人体器官的功能状态和活动。
3. 成像后处理技术：包括磁共振波谱成像、磁共振弹性成像等，用
于进一步分析和诊断疾病。
二、磁共振在临床应用中的重要性
1. 提高诊断准确性：磁共振成像具有较高的分辨率和对比度，能够
清晰显示人体组织结构和病变情况，有助于医生准确诊断疾病。
2. 无创伤性：相比X射线和CT等影像学检查，磁共振成像不使用
放射线，对患者无损伤，适合长期监测和儿童、孕妇等特殊人群。
3. 多种功能检查：磁共振技术可以提供多种不同的成像方式，如
T1、T2、DWI等，可以全方位检查人体器官的结构和功能。
4. 临床研究应用广泛：磁共振技术不仅用于疾病的诊断，还广泛用于临床研究，如神经科学、肿瘤学等方面。
总之，磁共振成像技术在临床医学中具有重要的地位和作用，不断推动医疗影像学的发展和进步。
希望随着科技的不断发展，磁共振技术能够更加完善和普及，造福更多的患者。
磁共振成像技术与应用
磁共振成像技术与应用磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）技术是一种非侵入性的医学影像学方法，利用核磁共振原理对人体进行断层扫描，以获得高分辨率和高对比度的解剖图像。
自20世纪70年代问世以来，MRI技术在医学领域广泛应用，并在临床诊断、研究、康复治疗等方面发挥了重要作用。
一、MRI技术原理与基础知识MRI技术基于核磁共振原理，它通过置入人体强磁场中的氢原子核自旋来获取图像。
核磁共振的基本原理是利用静磁场使原子核自旋取向发生改变，再通过射频脉冲和梯度磁场来引起自旋的共振转移，最后检测并分析共振转移信号以生成图像。
二、MRI技术的应用领域1. 临床诊断：MRI技术可以提供多种成像方式，如T1加权图像、T2加权图像、增强扫描等，可用于检测各种器官和组织的异常情况，包括脑部疾病、心血管病变、肿瘤等等。
2. 神经科学研究：MRI技术在研究大脑的结构、功能、代谢以及神经系统疾病等方面有着重要应用。
例如，功能磁共振成像（fMRI）可以用来研究大脑激活区域和认知功能。
3. 康复治疗：MRI技术在康复治疗中起到了重要的作用。
通过MRI 可以对患者的受伤部位进行准确的定位和评估，有助于医生选择合适数字康复方案和监测疗效。
4. 科研开发：MRI技术也被广泛应用于科研领域。
例如，在生物医学研究中，利用MRI技术可以观察小鼠、大鼠等动物器官和组织的形态、结构和功能。
三、MRI技术的优势与不足MRI技术在医学影像学中具有诸多优势。
首先，它不需要使用任何放射性物质，对患者无辐射危害。
其次，MRI能够提供高分辨率和高对比度的图像，对软组织和器官的诊断具有很高的准确性。
此外，MRI还可以同时获得多平面和三维图像，提供更全面的信息。
然而，MRI技术也存在一些不足之处。
首先，MRI设备价格昂贵，维护费用高，对医疗机构的资金和设备要求较高。
其次，MRI扫描时间较长，对患者的协作性和安静程度要求高。
核磁共振谱技术的原理及应用
核磁共振谱技术的原理及应用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种用于分析化合物结构和物理性质的非常有效的技术。
该技术已经广泛应用于化学、材料科学、生物医学和环境科学等领域。
本文将对核磁共振谱技术的原理及其应用进行探讨。
一、核磁共振谱的原理核磁共振在物理学上指的是核磁矩在磁场中发生的现象。
在强磁场作用下，原子核呈现自旋状态，其周围产生一个磁场。
当原子核处于外加射频场的作用下，将产生核磁共振吸收谱，这个谱是一种特殊的光谱。
核磁共振谱的原理就是将物质放入强磁场中，利用核自旋量子数和核磁共振所产生的能量差异，测定样品中核原子的类型和数量。
核磁共振谱主要是用于分析样品的化学结构和分子排布，因为不同类型的原子核在相同的磁场作用下具有不同的共振频率，这使得核磁共振谱成为一种非常有效的分析化合物结构的工具。
例如，氢核磁共振谱的主要应用就是用于分析一些含有氢原子的有机化合物和生物分子。
二、基础核磁共振谱最常见的核磁共振谱是基础核磁共振谱，它仅测定样品中的氢信号。
此处的氢信号是指样品中H原子产生的核磁共振吸收信号，即氢原子在其发生共振现象时发出的能量。
基础核磁共振谱是用来确定原子的类型以及它们的磁环境。
对于氢原子，它们通常被归为三类：α（顺式）、β（反式）和γ（孤立的）。
除了氢核共振，还有碳共振。
由于碳是一种核磁共振活性低的元素，因此采用的谱仪比氢核共振谱仪复杂得多。
碳核磁共振谱，可以分析分子的骨架结构。
其分析范围更广泛，通常用于分析各种化合物、分子和聚合物。
三、高分辨核磁共振技术高分辨核磁共振技术（High-Resolution Nuclear Magnetic Resonance, HR-NMR）是一种针对复杂分子中信号重叠问题的高级核磁共振技术。
在高分辨核磁共振技术中，谱仪具有更高的分辨率，从而可以分离并分析分子中的多个组分。
这种技术能够让研究人员更加准确地分析分子结构，并且可提高谱图的信噪比。
核磁共振技术与应用
核磁共振技术与应用核磁共振技术（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种通过测量原子核在磁场中的行为来揭示化学和物理性质的分析方法。
它凭借其高分辨率、无损、非放射性等特点，成为现代科研和医学领域中不可或缺的重要工具。
本文将介绍核磁共振技术的原理、方法和在不同领域中的应用。
一、核磁共振技术原理核磁共振技术基于原子核自旋的量子性质，通过外加静态磁场和高频交变磁场之间的相互作用来实现。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：1. 样品置于强大的静态磁场中，使得样品中的原子核自旋朝向磁场方向。
2. 外加高频电磁波（通常为无线电波）与静态磁场共同作用于样品，使能级分裂，并导致自旋翻转。
3. 自旋翻转后的原子核会返回基态，并释放出能量。
4. 探测器接收被释放的能量，并将其转化为电信号进行测量和分析。
二、核磁共振技术方法核磁共振技术可以根据测量的参数和探测器类型来进行分类。
常用的核磁共振技术方法包括：1. 核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，MRI）：通过测量不同组织中水分子的运动和分布来获取人体或物体的内部结构图像，广泛应用于医学、生物学和材料科学等领域。
2. 磁共振波谱学（Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS）：通过分析样品中不同谱峰的强度和位置来确定样品的组成和结构，对于生物分子、有机化合物等的结构解析具有重要意义。
3. 固体核磁共振（Solid-state Nuclear Magnetic Resonance，ssNMR）：主要用于研究固体材料中的晶体结构、新材料的合成和性能等方面。
4. 动态核磁共振（Dynamic Nuclear Magnetic Resonance，DNMR）：研究核磁共振过程中的动态行为，如自旋动力学、自旋耦合等。
三、核磁共振技术的应用核磁共振技术具有广泛的应用领域，下面介绍其中几个重要的应用方向。
核磁共振技术及应用
核磁共振技术及应用金永君 艾延宝(黑龙江科技学院,鸡西 158105)(收稿日期:2001206220)摘 要 核磁共振分析技术是利用物理原理,通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质.它不破坏被测样品的内部结构,是一种无损检测方法.本文重点简介了核磁共振技术在医疗方面的应用———核磁共振成像,它已成为医学诊断中一种重要手段.关键词 核磁共振技术;无损检测;应用THE TECHN OLOG Y OF NUC LEAR MAGNETIC RESONANCEAN D ITS APP LICA TION SJin Yongjun Ai Yanbao(Heilongjiang Science and T echnology C ollege,Jixi 158105)Abstract The technology of nuclear magnetic res onance analysis can be used to determine the structure and the nature of m olecules.It is a nondestructive test.This article introduces briefly its principle and its application in medical diagnosis.K ey Words technology of the nuclear magnetic res onance;nondestructive test;application 核磁共振技术是利用原子核在磁场中的能量变化获得有关原子核的信息,是一种具有极高分辨率的分析技术.1 核磁共振的物理原理核磁共振是原子核在外磁场中,能级之间共振跃迁的现象.我们知道,原子核带正电并有自旋运动,其自旋运动必将产生磁矩,称为核磁矩.研究表明,核磁矩μ与原子核的自旋角动量S成正比,即μ=γS(1)式中γ为比例系数,称为原子核的旋磁比.在外磁场中,原子核自旋角动量的空间取向是量子化的,它在外磁场方向上的投影值可表示为I z=m h(2) m为核自旋量子数.依据核磁矩与自旋角动量的关系,核磁矩在外磁场中的取向也是量子化的,它在磁场方向上的投影值为μz=mγh(3)对于不同的核,m分别取整数或半整数.在外磁场中,具有磁矩的原子核具有相应的能量,其数值可表示为E=-μ・B=-μz B=mγh B(4)式中B为磁感应强度.可见,原子核在外磁场中的能量也是量子化的.由于磁矩和磁场的相互作用,自旋能量分裂成一系列分立的能级,相邻的两个能级之差ΔE=γh B.用频率适当的电磁辐射照射原子核,如果电磁辐射光子能量hν恰好为两相邻核能级之差ΔE ,则原子核就会吸收这个光子,发生核磁共振的频率条件是:h ν=γh B =γhB/2π 或 ω=2πν=γB(5)式中ν为频率,ω为圆频率.对于确定的核,旋磁比γ可被精确地测定.可见,通过测定核磁共振时辐射场的频率ν,就能确定磁感应强度;反之,若已知磁感应强度,即可确定核的共振频率.2 核磁共振实验装置实现核磁共振可采取两种途径,一种是保持外磁场不变,而连续地改变入射电磁波频率;另一种是用一定频率的电磁波照射,而调节磁场的强弱.图1为核磁共振现象的装置示意图.采用调节频率的方法来达到核磁共振.样品装在小瓶中,并置于磁铁两极之间,瓶外绕有线圈,通有由射频振荡器输出的射频电流,于是,由线圈向样品发射电磁波,调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化.当频率正好与核磁共振频率吻合时,射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰,这可以在示波器上显示出来,同时由频率计即刻读出这时的共振频率值.图1 核磁共振实验装置示意图核磁共振谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器,主要有磁铁,探头和谱仪三大部分组成.磁铁的功用是产生一个恒定的磁场,探头置于磁极之间,用于探测核磁共振信号;谱仪是将共振信号放大处理并显示和记录下来.随着核磁共振技术的发展,研制出各种类型核磁共振仪,如连续波核磁共振谱仪,脉冲傅里叶变换谱仪.3 核磁共振技术的应用核磁共振分析技术是通过核磁共振谱线特征参数(如谱线宽度,谱线轮廓形状,谱线面积,谱线位置等)的测定来分析物质的分子结构与性质.它可以不破坏被测样品的内部结构,是一种完全无损的检测方法.同时,它具有非常高的分辨本领和精确度,而且可以用于测量的核也比较多,所有这些都优于其它测量方法.因此,核磁共振技术在物理,化学,医疗,石油化工,考古等方面获得了广泛的应用.核磁共振成像在医疗方面显示出强大的生命力,已成为医学诊断中一种重要手段.它可以对人体脊髓,脑,肝,肺等各个器官直接成像,勿需借助造影剂,并有较理想的清晰度,可以观测出血流量,显示心脏活动.它不仅能显示形态,还能提供有关功能的生化信息,从而大大地提高了诊断的准确性,有利于对突发性心肌梗塞和肝瘤等疾病的早期诊治.下面介绍核磁共振技术用于医学诊断方面的一种新型显像技术———核磁共振成像亦称核磁共振CT.我们知道,人体或其它生物体中大部分(75%)是水(含氢核),这些水以及其它含氢分子的分布会因种种疾病而发生改变.因此,可以利用氢核的核磁共振进行医学诊断.核磁共振成像是核磁共振技术、图像重建技术和计算机技术相结合的产物.核磁共振成像是以磁场值来标记生物体中共振核的空间位置.将成像对象置于一个稳定磁场中,通常为0115T ～115T ,并用特定的射频电磁波脉冲序列照射,使人体内部原子核产生核磁共振,脉冲消失后,被激发的核要逐渐恢复原来状态,同时以电磁辐射的形(下转第50页)图2场B (图3)中的磁力矩为d M =d P m ×B ,则曲面S 上各电流回路元所受的磁力矩之和就是整个载流线圈所受的磁力矩,为M =∫Sd M =∫Sd P m×B =(∫Sd Pm)×B其中P m=∫Sd P m=I ∫Sd S(2)就是任意形状的载流线圈的磁矩,故有M =P m ×B图34 对磁矩的讨论由(2)式得平面载流线圈的磁矩P m =I∫Sd S =IS这就是一般普通物理教材[2]中给出的定义.对非平面载流线圈的磁性可直接由(2)式给出,其中的面积矢量∫Sd S =12ϕL r ×d l只是一个数学运算问题[3],无需将P m =12ϕLr ×d l [1],[4]作为一个磁矩的新定义提出来.总之,本文对公式(1)的推证中避免了繁杂的数学运算,突出了运用物理思想解决问题的优越性,这对培养工科大学生的物理思维方式而言,有其积极的意义.参 考 文 献[1] 戴同庆等.载流线圈的磁矩及其在均匀磁场中所受磁力矩公式的普遍证明.工科物理,2000,(4).[2] 程守洙等.普通物理(2) 第五版.2000.[3] 数学手册编写组.数学手册.人民教育出版社,1997.[4] 康垂令.非平面线圈的磁矩.工科物理,1998,(3).(上接第48页) 式把共振时吸收的能量释放出来,这就是可检测的核磁共振信号.核磁共振成像所用的磁场是一个不均匀的磁场,磁场在成像对象内各处的强度分布是已知的,与之相应的共振电磁波频率不同.改变电磁波的频率,就可以得出被测对象体内各处的核磁共振信号.通过计算机处理后,以三维立体图像或二维断面像形式由显示器显示出来.将病态图与正常组织图像进行比较,即可做出医疗诊断.核磁共振CT 主要由三个部分组成,即磁体系统,射频发射和接收系统,图像重建和显示系统.磁体系统又称主磁体,它的功用是产生静磁场,磁体材料要求有很高的磁场强度和磁场均匀度,磁体系统是获得高质量图像的关键;射频发射的功用是产生交变射频磁场,接收系统是接收被测物体的核磁共振信号;图像重建和显示系统的功用不但能提供解剖图像,而且还能提供分子结构和其它周围情况,以及有关功能和生理化学方面的信息.核磁共振成像与其它成像方式(如X 射线断层摄影,即X 射线CT )相比,有许多优点,如可以给出断层图像;空间分辨率高,可达017mm ～2mm ;是一种无任何损伤和放射性的成像方式.但这种成像方式速度慢,造价也高.目前,核磁共振CT 仅仅限于氢核,但随着磁体强度的提高,对碳,氧,钠,磷等核也会得到满意的核磁共振图像.(完)。
化学中的核磁共振技术和应用
化学中的核磁共振技术和应用在化学领域，核磁共振技术是一项非常重要的研究方法。
核磁共振技术的原理是通过对样品中的原子核进行磁共振实验，得到其特征信号，从而分析样品中不同化学成分的含量、结构和运动方式等信息。
下文将从原理、仪器、应用等方面介绍核磁共振技术的相关内容。
一、核磁共振技术原理核磁共振技术的原理是基于原子核的量子态进行研究的。
当原子核处于磁场中时，会产生核磁矩，这种物理性质可以用来描绘原子核的量子态。
当原子核吸收外加的电磁波时，会发生能级跃迁，从而产生共振信号。
这些共振信号包含了许多对样品的化学信息，比如分子的构成、结构和运动方式等信息。
在核磁共振技术中，主要研究的是氢原子核和碳原子核这两种原子核的核磁共振行为。
二、核磁共振技术仪器核磁共振技术需要用到非常复杂的仪器。
核磁共振仪器主要包括磁场、射频线圈、检测线圈和计算机四个主要部分。
这些部分都是相互协作的，确保仪器的正常运行。
磁场非常重要，因为原子核的磁共振信号非常微弱，只有在强磁场中才能进行有效的分析。
射频线圈会向样品发送电磁波信号，这种信号会被样品中的原子核吸收，从而产生共振信号；而检测线圈则会从样品中接收共振信号，将信号转换为电信号，进行数字化处理。
计算机在核磁共振仪器中的作用非常重要，它能够收集原始数据并进行预处理，最终将数据转化为可视化的图表和图像，方便化学家进行分析和科学探索。
三、核磁共振技术应用核磁共振技术在化学中的应用非常广泛。
首先，核磁共振技术可以用来检测样品中不同元素的含量。
由于不同原子核的磁共振信号具有不同的频率，因此可以通过核磁共振技术确定样品中某种元素的含量。
其次，核磁共振技术也可以用来研究分子结构。
在核磁共振实验中可以得到许多有关分子构成和化学键的信息，从而确定分子的几何结构和分子内原子间的距离等参数。
最后，在药物研究领域中，核磁共振技术也发挥着重要的作用。
药物分子的空间构造和电荷分布等信息对于药物作用有着至关重要的影响，核磁共振技术可以通过研究药物分子的结构和运动方式等信息进行精确的探索。
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淮海工学院课程设计报告书题目：核磁共振技术及其运用学院：海洋学院专业：生物技术班级：生技101姓名：余阔海学号： 5210021292011年10月10日核磁共振技术及其运用一、概述：早在1924年Pauli就预见某些原子核具有自旋和磁矩的性质，它们在磁场中可以发生能级的分裂。
1946年美国科学家布洛赫(Bloch，斯坦福大学)和珀塞尔（Purcell，哈佛大学）分别发现在射频区（频率0.1～100MHz,波长1～1000m）的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核(或称磁性核或自旋核)相互作用,引起磁性原子核在外磁场中发生核自旋能级的共振跃迁,从而产生吸收信号,他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR)，NMR和红外光谱，可见—紫外光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁。
引起核磁共振的电磁波能量很低,不会引起振动或转动能级跃迁,更不会引起电子能级跃迁。
.根据核磁共振图谱上吸收峰位置、强度和精细结构可以研究分子的结构。
他们也因此分享了1952年的诺贝尔物理奖。
所产生的波谱，叫核磁共振（波）谱。
通过研究核磁共振波谱获得相关信息的方法，称为核磁共振波谱法。
1953年出现了世界上第一台商品化的核磁共振波谱仪。
1956年，曾在Block 实验室工作的Varian制造出第一台高分辩率的仪器，从此，核磁共振波谱法成了化学家研究化合物的有力工具，并逐步扩大其应用领域。
七十年代以后，由于科学技术的发展，科学仪器的精密化、自动化，核磁共振波谱法得到迅速发展，在许多领域中已得到广泛应用，特别在有机化学、生物化学领域中的研究和应用发挥着巨大的作用。
八十年代以来，又不断出现新仪器，如高强磁场的超导核磁共振波谱仪，脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪，大大提高灵敏度和分辨率，使灵敏度小的原子核能被测定；计算机技术的应用和多脉冲激发方法的采用，产生二维谱，对判断化合物的空间结构起重大作用。
瑞士科学家恩斯特R.R.Ernst 教授因对二维谱的贡献而获得1991年的Nobel化学奖（对核磁共振光谱高分辩方法发展作出重大贡献）。
瑞士科学家库尔特·维特里希因“发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法”而获得2002年诺贝尔化学奖。
核磁共振技术主要有两个学科分支: 核磁共振波谱(NuclearMagnetic Resonance Spectroscopy)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, 简称MRI)。
核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的, 主要用于测定物质的化学成分和分子结构。
核磁共振成像技术诞生于1973年, 它是一种无损测量技术, 可以用于获取多种物质的内部结构图像。
由于核磁共振可获取的信息丰富, 因此应用领域十分广泛, 如分析化学、生命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等。
二、核磁共振原理简介：核磁共振的原理主要是：普通红外光是指波长在2-15um的电磁波，紫外光（又称近紫外光）是指波长在200－400nm的电磁波，核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance）是指频率在60兆赫以上（波长在纳米级）的低能量电磁波与物质原子核相互作用的一种物理现象。
1、原子核自旋现象我们知道原子核是由带正电荷的原子和中子组成，它有自旋现象原子核大都围绕着某个轴作旋转运动，各种不同的原子核，自旋情况不同。
原子核的自旋情况在量子力学上用自旋量子数I表示，有三种情况：①I=0,这种原子核没有自旋现象,不产生共振吸收(质量数为偶数(M),电子数,原子数为偶数(z)为12G,16O,32S)②I=1、2、3、…、n，有核自旋现象，但共振吸收复杂，不便于研究。
③I=n/2（n=1、2、3、5、…）有自旋现象，n〉1时，情况复杂，n=1时，I=1/2，这类原子核可看作是电荷均匀分布的球体，这类原子核的磁共振容易测定，适用于核磁共振光谱分析，其中尤以1H最合适。
2、核磁共振现象旋转的原子核产生磁遵循右手法则将旋转的原子核放在一个均匀的磁场中，自旋核在磁场中进行定向排列，排列方向共有2I+1种，用（核）磁量子数m来表示，m=I、I-1、I-2、…，-I。
原子核处于不同的排列方向时能量不同，也即，在外磁场的作用下，原子核能级分裂成2I+1个。
对1H，I=1/2，m=+1/2，-1/2，这两种排列有很小的能级差别△E=2μH0 ，式中μ——自旋核产生的磁矩，H0——外磁场强度m=+1/2的能量较低，称低能自旋态，m=-1/2能量较高，称高能自旋态。
从m=+1/2跃迁到m=-1/2跃迁到m=-1/2需吸收一定能量（电磁波），只有当具有辐射的频率和外界磁场达到一定关系才能产生吸收。
产生核磁共振条件是E=△E，即hυ0=2μH0=γh/2π×H0，既υ0 =γH0/2π（γ——磁旋比）说明：①对于不同的原子核，γ不同，若固定HO，则υ0不同，由此可鉴定不同的元素或同种元素的不同的同位素。
②对于同一种原子核，γ相同，H0固定时，υ0相同，H0改变υ0也改变。
三、核磁共振技术的试验装置1、产生装置实现核磁共振可采取两种途径: 一种是保持外磁场不变, 而连续地改变入射电磁波频率; 另一种是用一定频率的电磁波照射, 而调节磁场的强弱。
由线圈向样品发射电磁波. 调制振荡器的作用是使射频电磁波的频在率样品共振频率附近连续变化, 当频率正好与核磁共振频率吻合时, 射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰。
这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。
2、核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪是检测和记录核磁共振现象的仪器。
用于有机物结构分析的波谱仪器因为要检测不同化学环境磁核的化学位移以及磁核之间自旋耦合产生的精细结构，所以必须要有高的分辨率。
高分辨率核磁共振波谱仪的型号、种类很多，按产生磁场的来源不同，可分为永久磁体、电磁体和超导磁体三种；按外磁场强度不同而所需的照射频率不同可分为60MHz、100MHz、200MHz、300MHz、500MHz等型号。
①仪器分类：连续波核共振仪的不足之处在于它在基本一时刻只能记录波谱中很窄的一部分信号，对于不灵敏核如13C，用连续波仪获得共振谱几乎不可能。
②主要组成部件：1）磁铁：提供强而均匀的磁场2）射频振荡器：在垂直于主磁场方向提供一个射频波照射样品3）扫描发生器：安装在磁极上的Helmholtz线圈，提供一个附加可变磁场，用于扫描测定4）射频接受器：用于探测NMR信号，此线圈与射频振荡器、扫描发生器三者彼此互相垂直。
5）记录器6）探头：包括样品管、发射线圈（扫描发生器）、接受线圈（射频接受器）、预放大器等样品管：直径4mm, 长度15cm,质量均匀的玻璃管磁场、频率源通过探头作用于试样。
装有一个气动涡轮机，使试样沿其纵轴以每分钟几百转的速度旋转，消除磁场的不均匀性产生的影响。
7）附件：去偶仪，进行双照射去偶以简化谱图；温度可变装置（高粘度样品，否则吸收峰宽）；信号累计平均仪（提高灵敏度）：重复扫描、累加信号、可测极稀试样。
3、性能指标①灵敏度：信/噪比。
1%乙基苯/CCl4中次甲基四重峰中最高峰信号/N （噪声平均值）。
②分辨率：20%乙醛四重峰中两个大峰的半峰宽度/工作频率，表示仪器区别邻峰的能力。
③稳定性：谱线重复性。
4、样品的制备①样品要求：要纯（不含不溶物，灰尘，顺磁性物质）固体要配成5-10%的溶液，内标物加入量1-2%②溶剂剂要求：1）不含质子。
2）低沸点，低粘度。
3）与样品不起反应（化学惰性）。
常用溶剂有：CDCl3、CD3OD、（CD3）CO、（CD3）SO、C6D6、D2O等③样品管：密封，旋转（10-20N/S）防止局部磁场不均匀四、核磁共振技术的应用液体核磁共振已经显示出它的广泛应用：近年来，随着NMR磁场强度的提高，NMR已经形成了从400兆到950兆一系列的产品。
随着场强的不断提高、以及谱仪自身的改进，NMR对确定物质结构尤其是确定生物大分子蛋白、核酸的物质结构就成为了独一无二的手段。
正因为如此，2002年的诺贝尔化学奖授予瑞士ETH的Wűthrich,表彰他用多维NMR 波谱学在测定溶液中蛋白质结构的三维构象方面的开创性贡献。
4.1 核磁共振技术在化学中的应用4.1.1 在分子结构的测定中的应用核磁共振技术是测定分子结构的有效工具. 现在已经测定了万余种有机化合物的核磁共振图. 对分子结构的测定, 包括对有机化合物绝对构型的测定和对复杂化合物结构的解析. 应用核磁共振技术测定有机化合物的绝对构型, 主要是测定R和(或) S手性试剂与底物反应的产物的1H或13 C NMR化学位移数据, 得到△值与模型比较来推断底物手性中心的绝对构型. 有的情况下, 我们要做更多的谱才能确定一个分子的结构, 包括: 1D只要有氢谱、碳谱、极化转移谱; 2D有氢- 氢化学位移相关谱、碳- 氢化学转移相关谱、远程化学位移相关谱以及J - 分解谱等. 对复杂化合物结构解析是核磁共振技术最为主要的应用. 利用这项技术可以获得化合物丰富的分子结构信息, 广泛应用于天然产物的结构解析. 在分析天然产物中, 核磁共振仪的检出限较其它波谱分析仪器高, 这对于产率较低的天然产物化合物来说无疑是一种瓶颈制约因素. 不过, 近期在仪器的相关技术上有了一些技术革新, 并正在走向成熟。
例一，确定分子结构。
用核磁共振法得到乙基苯的核磁共振谱图如图8所示。
由图可见位于乙基苯中不同的化学集团(甲基)(次甲基)(苯基)中的氢核，因其化学环境不同而有不同的化学位移，依次为1.22ppm,2.63ppm和7.18ppm，而标准物质TMS的。
图中显示出：不同化学集团处有不同的峰值数，这是由于不同化学集团间核的自旋耦合作用引起的能级分裂而造成的。
谱线还有一定的宽度，吸收峰的面积正比于相应化学集团中氢核的数目。
因而对吸收曲线所包围面积进行积分，便可知各化学集团中包含氢核的数目。
核磁共振仪中配置的电子积分器，可把谱线强度画成阶梯式的线，以阶梯的高度代表峰面积的相对值。
由图8可知，乙基苯三个化学集团中氢核的数目比为5:2:3。
4.1.2在有机合成反应中的应用核磁共振技术在有机合成中, 不仅可对反应物或产物进行结构解析和构型确定, 在研究合成反应中的电荷分布及其定位效应、探讨反应机理等方面也有着广泛应用. 核磁共振谱能够精细地表征出各个H核或C核的电荷分布状况, 通过研究配合物中金属离子与配体的相互作用, 从微观层次上阐明配合物的性质与结构的关系. 对有机合成反应机理的研究主要是对其产物结构的研究和动力学数据的推测来实现的. 另外, 通过对有机反应过程中间产物及副产物的辨别鉴定, 可以研究有关有机反应历程及考察合成路线是否可行等问题.4.1.3在定量分析和分子量测定中的应用核磁共振谱峰的面积(积分高度)正比于相应质子数, 这不仅用于结构的分析中, 同样可用于定量分析. 用NMR定量分析的最大优点就是不需要引进任何校正因子或绘制工作曲线, NMR可以用于多组分混合物分析、元素的分析、有机物中活泼氢及重氢试剂的分析等.4.1.4在高分子化学中的应用聚合物固体宽谱线NMR可以提供有关结晶度、聚合物取向、玻璃化温度( T)等有关信息. 还可以通过研究聚合反应过程NMR谱线宽度的变化, 了解反应过程中正在生长聚合物链的活动度变化, 从而获得有关聚合反应动力学方面的信息. 聚合物液体高分辨NMR可以提供聚合物的信息有:①聚合物类型的鉴定;②有关聚合物链的异构化信息;③通过13 C - NMR 谱可以分别研究其不同单元组的序列分布、交替度和不同反应条件下聚合过程链活动度变化等聚合物微观结构信息.4.2核磁共振技术在生命科学中的应用核磁共振在生命科学方面的应用近年来发展最为迅速, 已经成为当前核磁共振技术研究的热点.4.2.1核磁共振技术在医学中的应用：核磁共振作为一种对人体无创、无电离辐射的诊断工具, 不仅适合做结构成像, 还可以做功能性成像, 因而使之和X射线、CT、超声成像等一道, 成为当今几大最常用的医学成像技术. 但是, 核磁共振成像的一个重要不足是不能给出足够的信息说明正常组织与病理组织之间细胞代谢的区别. 在组织中存在多种化合物(代谢作用产物) , 无损提取这些化合物信息, 不仅有利于疾病的诊断和治疗, 同时对阐明代谢的生理过程十分重要.核磁共振技术在药物研发过程中也有着重要的应用, 它可以提供药物设计的结构信息, 还可以通过NMR 技术进行配体的筛选, 从而在确定药物的有效性等方面有着广泛的应用。