核磁共振基本原理课件
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核磁共振基本原理PPT课件
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
9/20/2024
四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
1．永久磁铁：提供外磁 场，要求稳定性好，均匀， 不均匀性小于六千万分之 一。扫场线圈。 2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz。
9/20/2024
NMR图
9/20/2024
1.化学位移:
吸收峰所在的相对不同位置. 在照射频率确定时，都是H核，所以吸收峰的位置 应该是相同的,而实际不是这样.
(1).化学位移的由来 —— 屏蔽效应
化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。
h
E
Ih
H 0
9/20/2024
H核在分子中是被价电子所包围的。因此，在外加 磁场的同时，还有核外电子绕核旋转产生感应磁场H’。 如果感应磁场与外加磁场方向相反，则H核的实际感受 到的磁场强度为：
如果把H核放在外磁场中,由于磁场间的相互作用,
氢核的磁场方向会发生变化:
H' H'
1H 核： 自旋取向数 = 2×1/2 + 1 = 2
9/20/2024
即：H核在外场有两个自旋方向相反的取向。
一 致 H0 相 反
每一种取向都对映一个能级状态，有一个ms 。如： 1H核：标记ms为－1/2 和 +1/2
NMR 谱仪
600 MHz
磁体
9/20/2024
前置放大器
RF 产生 RF 放大 信号检测 数据采集控制 数据信息交流 运行控制 磁体控制
探头
机柜
9/20/2024
四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
1．永久磁铁：提供外磁 场，要求稳定性好，均匀， 不均匀性小于六千万分之 一。扫场线圈。 2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz。
9/20/2024
NMR图
9/20/2024
1.化学位移:
吸收峰所在的相对不同位置. 在照射频率确定时，都是H核，所以吸收峰的位置 应该是相同的,而实际不是这样.
(1).化学位移的由来 —— 屏蔽效应
化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。
h
E
Ih
H 0
9/20/2024
H核在分子中是被价电子所包围的。因此，在外加 磁场的同时，还有核外电子绕核旋转产生感应磁场H’。 如果感应磁场与外加磁场方向相反，则H核的实际感受 到的磁场强度为：
如果把H核放在外磁场中,由于磁场间的相互作用,
氢核的磁场方向会发生变化:
H' H'
1H 核： 自旋取向数 = 2×1/2 + 1 = 2
9/20/2024
即：H核在外场有两个自旋方向相反的取向。
一 致 H0 相 反
每一种取向都对映一个能级状态，有一个ms 。如： 1H核：标记ms为－1/2 和 +1/2
NMR 谱仪
600 MHz
磁体
9/20/2024
前置放大器
RF 产生 RF 放大 信号检测 数据采集控制 数据信息交流 运行控制 磁体控制
探头
机柜
《核磁共振基本原》课件
《核磁共振基本原理》课件课程目标：1. 理解核磁共振的定义和原理；2. 掌握核磁共振的数学表达式；3. 了解核磁共振的应用领域。
第一部分：核磁共振的定义和原理一、核磁共振的定义1. 核磁共振是指在外加磁场的作用下，原子核发生能级跃迁，产生电磁辐射的现象。
二、核磁共振的原理1. 原子核的磁矩：原子核具有质量和电荷，具有磁矩。
在外加磁场的作用下，原子核会受到磁力作用，产生磁矩的旋转。
2. 能级跃迁：原子核的磁矩旋转会导致能级的升降，当原子核从低能级跃迁到高能级时，会吸收能量；当原子核从高能级跃迁到低能级时，会释放能量。
3. 电磁辐射：原子核在能级跃迁过程中，会发射或吸收电磁辐射，这就是核磁共振现象。
第二部分：核磁共振的数学表达式一、核磁共振的量子力学表达式1. 哈密顿算子：描述原子核在磁场中的运动状态的算子；2. 能级表达式：通过解哈密顿算子，得到原子核的能级表达式；3. 跃迁概率：根据能级表达式，计算原子核跃迁的概率。
二、核磁共振的宏观表达式1. 拉莫尔进动频率：描述原子核在外加磁场中的进动频率；2. 拉莫尔进动半径：描述原子核在外加磁场中的进动半径；3. 核磁共振信号强度：描述核磁共振信号的强度。
第三部分：核磁共振的应用领域一、核磁共振成像（MRI）：通过核磁共振现象，获取人体内部结构的图像，广泛应用于医学诊断。
二、核磁共振谱（NMR）：通过核磁共振现象，分析物质的结构和性质，广泛应用于化学、物理等领域。
三、核磁共振传递（NMR）：利用核磁共振现象，实现信息的传递和处理，广泛应用于通信、计算等领域。
总结：通过本节课的学习，我们了解了核磁共振的定义和原理，掌握了核磁共振的数学表达式，并了解了核磁共振的应用领域。
希望大家能够将这些知识应用到实际生活和工作中，发挥核磁共振技术的作用。
科学性评估：1. 内容准确性：课件中提供的核磁共振的定义、原理、数学表达式以及应用领域等内容是否与科学研究相符合，是否引用了权威的参考资料。
核磁共振MRI基本原理及读片--ppt课件
X
X
体各类组织均有特定T1
（4）停止后一定时间
（p5p）t课件恢复到平衡状态
、T2值，这些值之间的
16
差异形成信号对比
ppt课件
纵向弛豫或称 自旋－晶格弛 豫 (T1弛豫)
横向弛豫或 称自旋自旋 弛豫 (T2弛豫)
17
● 人体——进入磁场——磁化——施加射频脉冲、H核磁矩发生90。偏转， 产
生能量——射频脉冲停止、弛豫过程开始，释放所产生的能量（形成MR信 号）——信号接收系统——计算机系统 ● 在弛豫过程中，即释放能量（形成MR信号），涉及到2个时间常数：纵向 弛豫时间常数—T1；横向弛豫时间常数—T2 ● 加权（weighted ）的概念：MR成像过程中，T1、T2弛豫二者同时存在， 只是在某一时间内所占的比重不同。如果选择突出纵向（T1）弛豫特征的 扫描参数（脉冲重复时间和回波时间，以毫秒计）用来采集图像，即可得 到以 T1弛豫为主的图像，当然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫 为主，故称为T1加权像（weighted Imaging WI）。如果选择突出横向 （T2）弛豫特征的扫描参数采集图像……… 加权或称权重，有侧重、为主的意思 ● 因为人体各种组织如肌肉、脂肪、体液等，各自都具有不同的T1和T2弛豫 时间值，所以形成的信号强度各异，ppt课因件此可得到黑白不同灰度的图像 18
造影剂入血行——病变组织间隙—— 与病变组织大分 子结合——T1驰豫接近脂肪或Larmor频率———T1缩短 ——强化（白），（称间接增强）
影响因素：病变区的血流；灌注；血脑屏障。与血液 内的药浓度不绝对成正比，ppt课达件一定浓度后不起作用。26
ppt课件
27
ppt课件
28
特殊检查：
核磁共振ppt课件
δ 13C 96.1 192.8 77.1(3) 30.3(7), 207.3 39.5(7)
128.0(3) 67.4 116.5(4), 163.3(4) 26.3(7) 149.3(3),123.5(3), 135.5(3) 49.0(7)
精选ppt
2024/2/24
课件2021
16
7.2 1H-核磁共振波谱
（3）用一个能量恰好等于分裂后相邻能级差的电 磁波照射，该核就可以吸收此频率的波，发生能级 跃迁，从而产生 特征的NMR 吸收。
这就是核磁共振的基本原理。
精选ppt
2024/2/24
课件2021
3
1. 原子核的自旋（atomic nuclear spin ）
（1）一些原子核像电子一样存在 自旋现象，因而有自旋角动量：
精选ppt
2024/2/24
课件2021
25
例题， 某质子的吸收峰与TMS峰相隔134Hz。若 用60 MHz的核磁共振仪测量，计算该质子的化学 位移值是多少？
解： δ = 134Hz / 60MHz 106 = 2.23 (ppm)
改用100 MHz的NMR仪进行测量，质子吸收峰 与TMS 峰相隔的距离，即为相对于TMS的化学 位移值Δν
在有机化合物中，各种氢核周围的化学环境不同，电 子云密度不同，屏蔽效应不同，共振频率有差异，即引起共 振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。
由于化学位移的大小用
与氢核所处的化学环境
密切相关，因此可用来
判断H 的化学环境，从
而推断有机化合物的分
子结构。
精选ppt
2024/2/24
课件2021
21
3. 化学位移的表示方法
NMR基本原理优秀课件
检测电磁波被吸收的情况就可得到核磁共振 波谱。根据波谱图上共振峰的位置、强度和精细 结构可以研究分子结构。
• 4.1 基本原理
• 4.2 核磁共振氢谱（1H NMR）
• 4.3 核磁共振碳谱（13C NMR）
• 4.4 二维谱
§ 4.1 基本原理
4.1.1 NMR现象的产生
（一）原子核的自旋角动量和磁矩 • 核的自旋
第四章 核磁共振波谱
（ Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR）
发展历史
1952年诺贝尔物理学奖：布洛赫(Felix Bloch ) & 珀赛尔 (Edward Purcell)领导的两个研究组首次独立观察到核磁共振 信号，共同获得诺贝尔物理学奖。
* 布洛赫(Felix Bloch )
出,并将接收到的信号传送到放大器放大。 • 探头:有样品管座、发射线圈、接受线圈、变温元件等。 • 扫描单元：安装在磁极上的扫描线圈，提供一个附加可
变磁场，用于扫描测定。
脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪PFT-NMR
在外磁场保持不变的条件下，使用一个强而短的射频脉冲 照射样品。这个射频脉冲包括所有不同环境的同类磁核的共振 频率。各种核同时激发，发生共振，然后通过弛豫逐步恢复 Boltzmann平衡。在这个过程中，射频接受器接受信号，得到 随时间衰减的信号，称自由感应衰减信号（FID)，通过计算机 进行傅里叶变换转化为通常的NMR谱图。
珀赛尔 (Edward Purcell2)
发展历史
• 1950年前后Proctor发现处在不同化学环境的同种原子核有 不同的共振频率，即化学位移；随即又发现因相邻自旋核 而引起的多重谱线，即自旋－自旋耦合。就此开拓了核磁 共振在化学领域的应用。
• 4.1 基本原理
• 4.2 核磁共振氢谱（1H NMR）
• 4.3 核磁共振碳谱（13C NMR）
• 4.4 二维谱
§ 4.1 基本原理
4.1.1 NMR现象的产生
（一）原子核的自旋角动量和磁矩 • 核的自旋
第四章 核磁共振波谱
（ Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR）
发展历史
1952年诺贝尔物理学奖：布洛赫(Felix Bloch ) & 珀赛尔 (Edward Purcell)领导的两个研究组首次独立观察到核磁共振 信号，共同获得诺贝尔物理学奖。
* 布洛赫(Felix Bloch )
出,并将接收到的信号传送到放大器放大。 • 探头:有样品管座、发射线圈、接受线圈、变温元件等。 • 扫描单元：安装在磁极上的扫描线圈，提供一个附加可
变磁场，用于扫描测定。
脉冲傅里叶变换核磁共振谱仪PFT-NMR
在外磁场保持不变的条件下，使用一个强而短的射频脉冲 照射样品。这个射频脉冲包括所有不同环境的同类磁核的共振 频率。各种核同时激发，发生共振，然后通过弛豫逐步恢复 Boltzmann平衡。在这个过程中，射频接受器接受信号，得到 随时间衰减的信号，称自由感应衰减信号（FID)，通过计算机 进行傅里叶变换转化为通常的NMR谱图。
珀赛尔 (Edward Purcell2)
发展历史
• 1950年前后Proctor发现处在不同化学环境的同种原子核有 不同的共振频率，即化学位移；随即又发现因相邻自旋核 而引起的多重谱线，即自旋－自旋耦合。就此开拓了核磁 共振在化学领域的应用。
MRI基本原理精品PPT课件精选全文完整版
进动是核磁（小磁场）与主磁 场相互作用的结果 进动的频率明显低于质子的自 旋频率，但比后者更为重要。
54
= .B
：进动频率
Larmor 频率
：磁旋比
42.5兆赫 / T
B：主磁场场强
55
高能与低能状态质子的进动
由于在主磁场中质子进动，每个氢质子均 产生纵向和横向磁化分矢量，那么人体进 入主磁场后到底处于何种核磁状态？
91
5、磁共振“加权成像”
T1WI
PD
T2WI
92
何为加权？？？
• 所谓的加权就是“重点突出”
的意思
– T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫 （纵向弛豫）差别
– T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫 （横向弛豫）差别
– 质子密度加权成像（PD）－突出组织氢质 子含量差别
93
低能量
宏观效应
中等能量
高能量
69
90度脉冲继发后产生的宏观和微观效应
低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态， 高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零
使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生 宏观横向磁化矢量
70
氢质子多 氢质子少
90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转 横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接 收线圈，MR仪可以检测到。
N
S
MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量
62
如何才能产生横向宏观磁化矢量？
63
3、什么叫共振，怎样产生磁共振？
• 共振：能量从一个震动着的物体传递到另一
个物体，而后者以前者相同的频率震动。
64
共振
54
= .B
：进动频率
Larmor 频率
：磁旋比
42.5兆赫 / T
B：主磁场场强
55
高能与低能状态质子的进动
由于在主磁场中质子进动，每个氢质子均 产生纵向和横向磁化分矢量，那么人体进 入主磁场后到底处于何种核磁状态？
91
5、磁共振“加权成像”
T1WI
PD
T2WI
92
何为加权？？？
• 所谓的加权就是“重点突出”
的意思
– T1加权成像（T1WI）----突出组织T1弛豫 （纵向弛豫）差别
– T2加权成像（T2WI）----突出组织T2弛豫 （横向弛豫）差别
– 质子密度加权成像（PD）－突出组织氢质 子含量差别
93
低能量
宏观效应
中等能量
高能量
69
90度脉冲继发后产生的宏观和微观效应
低能的超出部分的氢质子有一半获得能量进入高能状态， 高能和低能质子数相等，纵向磁化矢量相互抵消而等于零
使质子处于同相位，质子的微观横向磁化矢量相加，产生 宏观横向磁化矢量
70
氢质子多 氢质子少
90度脉冲激发使质子发生共振，产生最大的旋转 横向磁化矢量，这种旋转的横向磁化矢量切割接 收线圈，MR仪可以检测到。
N
S
MR不能检测到纵向磁化矢量，但能检测到旋转的横向磁化矢量
62
如何才能产生横向宏观磁化矢量？
63
3、什么叫共振，怎样产生磁共振？
• 共振：能量从一个震动着的物体传递到另一
个物体，而后者以前者相同的频率震动。
64
共振
核磁共振基本原理课件
化学分析
核磁共振波谱法在化学领域中用于分 析物质的化学结构和组成，通过测量 原子核的共振频率来推断分子结构。
核磁共振的重要性
01
02
03
科学研究
核磁共振为科学研究提供 了强有力的工具，帮助科 学家深入了解物质的微观 结构和动态行为。
医学诊断
核磁共振成像技术在医学 诊断中具有重要价值，能 够提高疾病诊断的准确性 和可靠性。
冲宽度等参数。
启动核磁共振谱仪，进 行实验操作，记录数据。
对采集的数据进行预处 理、解析和可视化。
数据解析与处理
01
02
03
04
傅里叶变换
将时间域信号转换为频率域信 号，便于分析不同化学环境的
核自旋。
参数标定
根据已知化合物或标准样品， 标定实验参数，提高分析准确
性。
信号解析
通过化学位移、耦合常数等信 息，解析出分子结构信息。
工业应用
在工业领域，核磁共振技 术可用于产品质量控制、 生产过程监控以及新材料 的研发等。
02 核磁共振的基本原理
原子核的磁性
原子核具有磁性
原子核中的质子和中子具有自旋，从 而产生磁矩。不同原子核的磁矩大小 和方向不同，这决定了它们在磁场中 的行为。
磁矩的表示
磁矩的大小与原子核中的质子数和中子 数相关，通常用希腊字母μ表示。不同 原子核的μ值不同，决定了它们在磁场 中的共振频率。
核磁共振基本原理课件
contents
目录
• 引言 • 核磁共振的基本原理 • 核磁共振的实验技术 • 核磁共振的应用实例 • 核磁共振的未来发展
01 引言
核磁共振的发现
核磁共振的发现
1946年，美国科学家F.Bloch和E.M.Purcell因各自独立发现了核磁共振现象， 共同获得了诺贝尔物理学奖。这一发现为后来的核磁共振技术发展奠定了基础。
磁共振一般原理PPT课件
磁共振一般原理
磁共振信号强度
磁共振一般原理
磁共振一般原理
9.信号与频谱
• 对于一个单一正弦信号可用其幅度和频率描述, 而对于一个复杂的信号可用其频谱来描述,即把 信号进行分解为各种不同的频率成份和不同的 幅度.也即把随时间变化的幅度函数变成随频率 变化幅度函数(二维付立叶变换，2DFT)
磁共振一般原理
磁共振一般原理
电磁波谱图
磁共振一般原理
不同原子核的MRI特性
磁共振一般原理
1.核磁
• 质子、中子或质子 和中子数不成对的 原子核，高速自旋 时产生的磁矩，相 当于一个微型磁棒。
磁共振一般原理
2.磁化
• 如将生物组织置于一个大的外加磁场中 （又称主磁场，用矢量Ｂ０表示），则 质子磁矩方向发生变化，结果是较多的 质子磁矩指向与主磁场方向相同，而较 少的质子与B0方向相反，与B０方向相 反的质子具有较高的位能。常温下，顺 主磁场排列的质子数目较逆主磁场排列 的质子稍多，因此，出现与主磁场B０方 向一致的净宏观磁矩Ｍ，如图所示。
• 为了重建图像，必须确定组织间的空间 位置，涉及两个方面：
• １）层面选择 • ２）层面上共振信号的空间编码
磁共振一般原理
１.层面选择
• 由于共振频率是磁场 强度的函数，在人体 长轴方向上附加一梯 度磁场Ｇｚ，则每一 横断面的共振频率均 不一样，层面厚度取 决于磁场梯度和射频 带宽。
磁共振一般原理
磁共振的物理基础
磁共振一般原理
1924年Pauli发现原子核象带电自旋的 球体具有角动量及磁矩, 1945 年Bloch 和 Purcell 证实了原子核 自旋的确实存在, 他 们 为此共同获得了1952 年诺贝尔物理学 奖。
五、六十年代磁共振主要为化学家及
磁共振信号强度
磁共振一般原理
磁共振一般原理
9.信号与频谱
• 对于一个单一正弦信号可用其幅度和频率描述, 而对于一个复杂的信号可用其频谱来描述,即把 信号进行分解为各种不同的频率成份和不同的 幅度.也即把随时间变化的幅度函数变成随频率 变化幅度函数(二维付立叶变换，2DFT)
磁共振一般原理
磁共振一般原理
电磁波谱图
磁共振一般原理
不同原子核的MRI特性
磁共振一般原理
1.核磁
• 质子、中子或质子 和中子数不成对的 原子核，高速自旋 时产生的磁矩，相 当于一个微型磁棒。
磁共振一般原理
2.磁化
• 如将生物组织置于一个大的外加磁场中 （又称主磁场，用矢量Ｂ０表示），则 质子磁矩方向发生变化，结果是较多的 质子磁矩指向与主磁场方向相同，而较 少的质子与B0方向相反，与B０方向相 反的质子具有较高的位能。常温下，顺 主磁场排列的质子数目较逆主磁场排列 的质子稍多，因此，出现与主磁场B０方 向一致的净宏观磁矩Ｍ，如图所示。
• 为了重建图像，必须确定组织间的空间 位置，涉及两个方面：
• １）层面选择 • ２）层面上共振信号的空间编码
磁共振一般原理
１.层面选择
• 由于共振频率是磁场 强度的函数，在人体 长轴方向上附加一梯 度磁场Ｇｚ，则每一 横断面的共振频率均 不一样，层面厚度取 决于磁场梯度和射频 带宽。
磁共振一般原理
磁共振的物理基础
磁共振一般原理
1924年Pauli发现原子核象带电自旋的 球体具有角动量及磁矩, 1945 年Bloch 和 Purcell 证实了原子核 自旋的确实存在, 他 们 为此共同获得了1952 年诺贝尔物理学 奖。
五、六十年代磁共振主要为化学家及
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不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij ex E p ik E T j ex k p E T ex h k p T
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共 振 2 频 B 02 .6 率 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
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共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 )
2020/3/30
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能级分布与弛豫过程
应用较多。
氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz 2.305 T 共振频率 100 MHz
磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4 T（特拉斯）
2020/3/30
讨论:
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在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结 构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移 和裂分，如右图所示。
0 = 2 0 = H0 磁旋比； H0外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之 间的能级差：
E= H0 （磁矩）
2020/3/30
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三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
于外磁当场置，于有外（磁场2I+H10）中种时取，向相：对
氢核（I=1/2），两种取向 （两个能级）：
(1)与外磁场平行，能量低，磁量
2020/3/30
讨论:
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(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自 旋，没有磁矩，不产生共振吸收
(2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
2020/3/30
( 核磁共振现象) 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’ 和 125 °36’相互作用, 产生进动(拉莫进 动)进动频率 0； 角速度0；
m=1/2 m=1
m=2
H0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
I=1/ I=1
I=2
1H
E2=+ H0
H0
r
P
E= E2 － E1 = 2 H0 E1=－ H0
2020/3/30
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二、 核磁共振现象
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一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋，产生核磁矩：
自旋角动量：
h 2
I(I1)
核 磁 矩： g I(I1)
1H 2.7927013C 0.70216
核磁子=eh/2M c；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，
2020/3/30
讨论:
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共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。
（2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需 要的磁场强度H0和射频频率不同。
（3） 固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处 发生共振（图）。也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场方式
在外磁场中，原子核能级 产生裂分，由低能级向高能 级跃迁，需要吸收能量。
能级量子化。射频振荡 线圈产生电磁波。
对于氢核，能级差： E= H0 （磁矩） 产生共振需吸收的能量：E= H0 = h 0 由拉莫进动方程：0 = 2 0 = H0 ; 共振条件： 0 = H0 / (2 )
2020/3/30
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布 不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有 机化合物的主要组成元素。
2020/3/30
z z z 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
2020/3/30
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四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
1．永久磁铁：提供外磁 场，要求稳定性好，均匀， 不均匀性小于六千万分之 一。扫场线圈。 2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz。
N N ij ex 6 .p 6 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 6 2 0.0 3 0 6 2 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .99998
两能级上核数目差：1.610-5；
弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。
质量数（a） 原子序数（Z）自旋量子（I）
例子
奇数 偶数
奇或偶 偶数
1, 3, 5 222
0
I 12,1H1, 13C6 ,19F9 ,15N7
I
3,1 2
1B5
,3
5Cl1
7,
I
52,17O8
12C6 ,16O8 ,32S16
偶数
奇数
1，2，3……
I 1,2H1,14N7 , I 3,10B5
N N ij ex E p ik E T j ex k p E T ex h k p T
磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共 振 2 频 B 02 .6 率 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
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共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 )
2020/3/30
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能级分布与弛豫过程
应用较多。
氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz 2.305 T 共振频率 100 MHz
磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4 T（特拉斯）
2020/3/30
讨论:
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在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结 构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移 和裂分，如右图所示。
0 = 2 0 = H0 磁旋比； H0外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之 间的能级差：
E= H0 （磁矩）
2020/3/30
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三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
于外磁当场置，于有外（磁场2I+H10）中种时取，向相：对
氢核（I=1/2），两种取向 （两个能级）：
(1)与外磁场平行，能量低，磁量
2020/3/30
讨论:
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(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自 旋，没有磁矩，不产生共振吸收
(2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
2020/3/30
( 核磁共振现象) 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’ 和 125 °36’相互作用, 产生进动(拉莫进 动)进动频率 0； 角速度0；
m=1/2 m=1
m=2
H0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
I=1/ I=1
I=2
1H
E2=+ H0
H0
r
P
E= E2 － E1 = 2 H0 E1=－ H0
2020/3/30
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二、 核磁共振现象
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一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋，产生核磁矩：
自旋角动量：
h 2
I(I1)
核 磁 矩： g I(I1)
1H 2.7927013C 0.70216
核磁子=eh/2M c；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，
2020/3/30
讨论:
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共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。
（2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需 要的磁场强度H0和射频频率不同。
（3） 固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处 发生共振（图）。也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场方式
在外磁场中，原子核能级 产生裂分，由低能级向高能 级跃迁，需要吸收能量。
能级量子化。射频振荡 线圈产生电磁波。
对于氢核，能级差： E= H0 （磁矩） 产生共振需吸收的能量：E= H0 = h 0 由拉莫进动方程：0 = 2 0 = H0 ; 共振条件： 0 = H0 / (2 )
2020/3/30
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布 不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有 机化合物的主要组成元素。
2020/3/30
z z z 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
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四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer
1．永久磁铁：提供外磁 场，要求稳定性好，均匀， 不均匀性小于六千万分之 一。扫场线圈。 2 ．射频振荡器：线圈垂 直于外磁场，发射一定频 率的电磁辐射信号。 60MHz或100MHz。
N N ij ex 6 .p 6 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 6 2 0.0 3 0 6 2 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .99998
两能级上核数目差：1.610-5；
弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。
质量数（a） 原子序数（Z）自旋量子（I）
例子
奇数 偶数
奇或偶 偶数
1, 3, 5 222
0
I 12,1H1, 13C6 ,19F9 ,15N7
I
3,1 2
1B5
,3
5Cl1
7,
I
52,17O8
12C6 ,16O8 ,32S16
偶数
奇数
1，2，3……
I 1,2H1,14N7 , I 3,10B5