NMR

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第六讲NMR介绍

CH3
down field deshielding high frequency
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NOE效应 (Nuclear Overhouser Effect)
• NMR 之所以能解出蛋白质分子在水溶液的三维结构，主要的就是要靠NOE效应。 • NOE＝(I ′ －I0) / I0 • I ′为质子对被照射时的intensity • I0 为质子对未被照射时的intensity • 如果NOE愈強，表示二质子间距离愈短。 • NOE 的大小与质子对之间距(γ)的6 次方成反比：NOE ∝ 1 / γ6
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Non-sequential contacts
secondary and tertiary structure
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核磁共振波谱仪
一. 主要组成及部件的功能
工作原理基仪器结构框图（连续波核磁共振波谱仪）射频发射单元射频监测单元
磁场
磁场
射频和磁场扫描单元
探头
数据处理仪器控制
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The NMR “band shift” and binding site mapping
Chemical shift perturbation upon ligand binding Mapping of the ligand binding Site onto the structure
第六讲：NMR介绍 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy For Short： NMR
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1. 一般认识 NMR 是研究处于磁场中的原子核对射频辐射 (Radio-frequency

NMR-核磁共振(含化学位移概念)

NMRNMR（Nuclear Magnetic Resonance）为核磁共振。

是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生蔡曼分裂，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蔡曼能级上的跃迁。

国内叫NMR，国外叫MR，因为国外比较避讳Nuclear这个单词。

目录基本原理核磁共振应用核磁共振发展动向二维核磁共振波谱的基本原理划分区域基本原理自旋量子数I不为零的核与外磁场 H0相互作用，使核能级发生2I+1重分裂，此为蔡曼分裂。

核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。

50多年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科。

核磁共振应用核磁共振适合于液体、固体。

如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。

核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D）发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。

在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振这个名词，包括我们在日常生活中熟悉的大集团。

而且它在化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业部门用途日益广泛。

在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。

但在石油化工、医疗诊断方法应用较多。

核磁共振发展动向20世纪后半叶，NMR技术和仪器发展十分快速，从永磁到超导，从60MHz到800MHz的NMR谱仪磁体的磁场差不多每五年提高一点五倍，这是被NMR在有机结构分析和医疗诊断上特有功能所促进的。

现在有机化学研究中NMR已经成为分析常规测试手段，同样，在医疗上MRI（核磁共振成像仪器）亦成为某些疾病的诊断手段。

nmr 化学位移

nmr 化学位移NMR化学位移NMR（核磁共振）是一种重要的分析技术，可以用于研究物质的结构和性质。

在NMR实验中，化学位移是一个重要的参数，它可以提供关于分子中原子的环境信息。

本文将介绍NMR化学位移的概念、影响因素以及在化学研究中的应用。

化学位移是指在NMR谱图中峰的位置相对于参考化合物（通常为四氢呋喃或甲基硫醇）的偏移情况。

化学位移的单位是ppm（化学位移单位），ppm是指相对于参考化合物的百万分之一。

化学位移可以通过下式计算得到：化学位移 = （峰位置 - 参考化合物位置）/ 参考化合物位置× 10^6化学位移的数值大小与原子周围的电子环境有关。

当原子周围的电子环境发生改变时，其化学位移也会发生变化。

具体来说，电子密度的增加或减少、化学键的极性、邻近的基团等因素都会影响化学位移的数值。

电子密度的增加或减少会导致化学位移的变化。

当电子密度增加时，由于原子核周围的电子云的屏蔽效应增强，化学位移会向高场（低ppm值）方向移动。

相反，当电子密度减少时，化学位移会向低场（高ppm值）方向移动。

化学键的极性也会影响化学位移。

极性键中的原子通常会显示较高的化学位移，因为它们周围的电子云分布不均匀。

而非极性键中的原子通常会显示较低的化学位移，因为它们周围的电子云分布均匀。

邻近的基团也会对化学位移产生影响。

当分子中存在邻近的电子吸引基团时，化学位移会向高场（低ppm值）方向移动。

相反，当分子中存在邻近的电子推斥基团时，化学位移会向低场（高ppm值）方向移动。

NMR化学位移在化学研究中具有广泛的应用。

首先，它可以用于确定化合物的结构。

每个原子的化学位移是唯一的，因此可以通过与已知化合物的化学位移进行比较来推断未知化合物的结构。

NMR化学位移可以用于研究分子中的化学键。

不同化学键的化学位移差异可以提供有关键的类型和键强度的信息。

这对于研究催化剂、聚合物以及其他化学反应中的中间体非常重要。

NMR化学位移还可以用于研究溶液中分子的相互作用。

NMR(核磁共振)

到低能态而不发射原来所吸收的能量的过程称为驰豫（relaxation）过程
驰豫过程可分为两种：自旋—晶格驰豫和自旋— 自旋驰豫
（1）自旋—晶格驰豫（spin-lattice relaxation）：自旋—晶格驰豫也称为纵向驰豫，是处于高能态的核自旋体系与其周围的环境之间的能量交换过程。当一些核由高能态回到低能态时，其能量转移到周围的粒子中去，对固体样品，则传给晶格，如果是液体样品，则传给周围的分子或溶剂。自旋—晶格驰豫的结果使高能态的核数减少，低能态的核数增加，全体核的总能量下降。
（2）自旋—自旋驰豫（spin-spin relaxation）：自旋— 自旋驰豫亦称横向驰豫，一些高能态的自旋核把能量转
移给同类的低能态核，同时一些低能态的核获得能量跃
迁到高能态，因而各种取向的核的总数并没有改变，全体核的总能量也不改变。自旋—自旋驰豫时间用T2来表示，对于固体样品或粘稠液体，核之间的相对位置较固定，利于核间能量传递转移，T2约10−3s。而非粘稠液体样品，T2约1s。
（2）v不变，改变B0 方法是将样品用固定电磁辐射进行照射，并缓缓改变外加磁场的强度，达到引起共振为止。这种方法叫扫场（field sweep）。
通常，在实验条件下实现NMR多用2法。
核磁共振波谱仪主要由磁铁、射频振荡器、射频接收器等组成
（1）磁铁
可以是永久磁铁，也可以是电磁铁，前者稳定性好。磁场要求在足够大的范围内十分均匀。当磁场强度为1.409T时，其不均匀性应小于六千万分之一。这个要求很高，即使细心加工也极难达到。因此在磁铁上备有特殊的绕组，以抵消磁场的不均匀性。磁铁上还备有扫描线圈，可以连续改变磁场强度的百万分之十几。可在射频振荡器的频率固定时，改变磁场强度，进行扫描。

第六章核磁共振(NMR)

受激态高能级磁核
将能量传递给周围
的介质粒子，自身 2 1 低能级回复到低能磁核的
过程。1/T2
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5 弛豫过程
一般频率测试误差与弛豫效率成正比；由于液态样品的弛豫效率较固态低，因而谱线较之更窄。
Et h
E h
1/ t (9)
谱峰宽
谱峰窄
E 为能量测试误差；
t 为状态停留时间；
与紫外、红外比较：共同点都是吸收光谱
吸收能量
跃迁类型
紫外-可见
紫外可见光 200~780nm
红外
核磁共振
≥60 MHz的电磁红外光波，波长最长，
780nm~100 能量最小,不能 0m 发生电子振动转动能级跃迁
电子能级跃迁
振动能级跃自旋原子核发生
迁
能级跃迁
（7）基本类型
原则上凡自旋量子数不为零的原子核均能测得 NMR信号，但目前为止仅限于1H、13C、19F、31P、15N 等原子核，其中氢谱和碳谱应用最为广泛。
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（1）化学位移
1 0 106 (11) 0
为化学位移，ppm；
1 为样品磁核的共振频率； 0 为标准物磁核共振频率；
化学位移：同一种原子核在不同化学环境中具有不同的核磁共振信号频率，通常以四甲基硅烷为基准进行衡量。
CH3O
OCH3 Si OCH3 OCH3
（5）偶合常数(J)：确定化合物构型。
谱图解析步骤
（1）由分子式求不饱和度（2）由积分曲线求各组1H核的相对数目（3）解析各基团（4）由化学位移，耦合常数和峰数目用一级谱解析氢核的化学结构单元（5）推断结构并加以验证
谱图解析步骤

核磁共振(NMR)

实验九核磁共振（NMR ）实验目的1、了解核磁共振基本原理和实验方法。

2、以含氢核的水作样品，观测影响核磁共振吸收信号大小及线宽的因素。

3、学会利用核磁共振测量磁场强度。

4、测量原子核的旋磁比γ和朗德因子。

核磁共振（Neclear Magnetic resonance 简称NMR ）现象是1939年发现的。

到1946年应用了射频技术，简化了实验设备，使NMR 实验走向实用阶段。

近年来随着实验技术的发展，特别是计算机的应用，使NMR 实验方法更加完善。

因此它已成为物理、化学、生物、医学、材料科学等许多领域内进行研究的重要手段和方法。

NMR 技术以快速，准确和不破坏样品等显著的优点，通过对原子核磁性质的研究，获得物质结构方面的丰富信息。

在基本计量测试方面也是精确测量磁场标准方法之一，其精度可达0.001%以上。

因此NMR 实验已成为国内外高等院校近代物理实验基本内容之一。

实验原理一、NMR 现象的经典描述原子核具有固有磁矩u I ，其值为 1μ=I m e Np g p2式中g N 为原子核的朗德因子，p I 为核的自旋角动量，m P 的质子的质量。

当原子核处于稳恒磁场B 0中，则它受到由磁场产生的力矩作用，其值为L=M l ⨯B 0。

此力矩使原子核的角动量P l 发生变化，角动量的变化率就是力矩0p B L dtd I⨯==μ (12-1)由于力矩的方向垂直于B 0和P l ，它不改变角动量的大小，而使角动量的方向不断改变，即使P l 在图12-1所示的方向连续地旋进。

从图12-1（a ）上面向下看，Pl 的端点作半径为P l sinaw 0的圆周运动，如图12-1（b ）所示。

设其角速度为ω0，则线速度为P l sinaw 0，由此可求出P l 的时间变化率=0sin θωI dt dp p I= ，则根据（12-1）式有θμθωsin sin 00B p I I = 000B B II p γωμ==(12-2)式中 hNp NI g μμπγ21== 称为核的旋磁比，不同元素的核有不现的g N 值，故其γ值也不同，所以γ也是一个反映核的固有性质的物理理，其值可由实验测定。

核磁共振波谱法(NMR)

1H
60.000 MHZ
13C
15.086 MHZ
19F
56.444 MHZ
31P
24.288 MHZ
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
射频 40 MHz 磁场强度 0.9400 特斯拉
60
1.4092
100
2.3500
200
4.7000
300
7.1000
500
11.7500
核磁共振仪
分类：按磁场源分：永久磁铁、电磁铁、超导磁场按交变频率分：40 ，60 ，90 ，100 ， 200 ，500，--， 800 MHz（兆赫兹），频率越高，分辨率越高按射频源和扫描方式不同分：连续波NMR谱仪（CW-NMR）脉冲傅立叶变换NMR谱仪（FT-NMR）
奇数奇数或偶数 1/ 2
自旋球体
有
1H, 13C, 15N, 19F, 31P
奇数奇数或偶数 3/2, 5/2,--- 自旋惰球体
有
11B,17O,33S,35Cl,79Br,127I
偶数奇数
1, 2, 3, --- 自旋惰球体
有
2H, 10B, 14N
1. I=0 的原子核O（16）；C（12）；S（32）等，无自旋，无磁性，称为非磁性核，这类核不会发生核磁共振。不产生共振吸收。
CD3COCD3 CDCl3 CD2Cl2 CD3CN C6D6 D2O (CD3CD2)2O (CD3)2O (CD3)2NCDO CD3SOCD3 CD3CD2OD CD3OD C4D8O C6D5CD3 C5D5N C6H12
核磁共振波谱主要参数
用于结构分析的主要参数有化学位移，自旋偶合常数，信号强度（峰面积）。

NMR(核磁共振)解析

（2）自旋—自旋驰豫（spin-spin relaxation）：自旋— 自旋驰豫亦称横向驰豫，一些高能态的自旋核把能量转移给同类的低能态核，同时一些低能态的核获得能量跃迁到高能态，因而各种取向的核的总数并没有改变，全体核的总能量也不改变。自旋—自旋驰豫时间用T2来表示，对于固体样品或粘稠液体，核之间的相对位置较固定，利于核间能量传递转移，T2约10−3s。而非粘稠液体样品，T2约1s。
在化学领域中的应用
１结构的测定和确证，有时还可以测定构想和构型；２化合物的纯度的检查，它的灵敏度很高，能够检测出用层析和纸层析检查不出来的杂质；３混合物的分析，如果主要信号不重叠，不需要分离就能测定出混合物的比率；４质子交换，单键的旋转和环的转化等。
5.2 核磁共振基本原理
5.2.1 原子核的磁矩原子核是带正电荷的粒子，和电子一样有自旋现象，因而具有自旋角动量以及相应的自旋量子数。由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子，故在自旋时会产生核磁矩。核磁矩和角动量都是矢量，它们的方向相互平行，且磁矩与角动量成正比，即 μ=γp ( 5.1 ) 式中：γ为旋磁比（magnetogyricratio）,rad· T−1· s−1，即核磁矩与核的自旋角动量的比值，不同的核具有不同旋磁比，它是磁核的一个特征值；μ为磁矩，用核磁子表示，1核磁子单位等于5.05×10−27J· T−1；
p为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表示p 为角动量，其值是量子化的，可用自旋量子数表
h p I（I 1） 2
( 5.2 )
式中：h为普郎克常数（6.63×10−34J· s）；−I为自旋量子数，与原子的质量数及原子序数有关。式中： h为普郎克常数（6.63×10−34J· s）；−I为自旋量子数，与原子的质量数及原子序数有关。

第四章：NMR

• 很多精确测量时，要注意抽除样品中所合的空气，因为氧是顺磁性物质，其波动磁场会使谱线加宽。
. 由弛豫作用引起的谱线加宽是“自然”宽度，不可
能由仪器的改进而使之变窄．
如果仪器的磁场不够均匀，当然也会使谱线变宽。样品管的旋转能克服一部分的磁场不均匀程度。
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产生NMR条件
这个过程称之弛豫过程(Relaxation),即高能态的核以非辐射的形式放出能量回到低能态重建Boltzmann分布。
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两种弛豫过程：
N
h
Relaxation
N+
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弛豫可分为纵向弛豫和横向弛豫。
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纵向弛豫：
处于高能级的核将其能量及时转移给周围分子骨架(晶格)
1970年, 付里叶变换技术引入, 13CNMR。
让处于外磁场（Ho）中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射（射），当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，
处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态，这种现象称
为核磁共振。
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4.1.核磁共振的基本原理
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。
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原子核的量子力学模型带电原子核自旋磁场
问世，NMR开始广泛应用

nmr 孔隙度

nmr 孔隙度（最新版）目录1.NMR 简介2.NMR 孔隙度的定义和测量方法3.NMR 孔隙度的应用4.NMR 孔隙度的影响因素5.结论正文1.NMR 简介核磁共振（NMR）是一种广泛应用于化学、物理、生物等领域的实验技术，可以用来研究物质的结构、组成和性质。

NMR 的基本原理是利用核磁共振现象来探测原子核的磁共振信号，从而得到分子的结构信息。

2.NMR 孔隙度的定义和测量方法MR 孔隙度（Pore Size by NMR）是一种通过核磁共振技术测量孔隙尺寸的方法，主要用于研究多孔材料、土壤、岩石等孔隙结构。

NMR 孔隙度的定义是指孔隙空间中，能够容纳核磁共振信号的孔隙体积与总体积的比值。

MR 孔隙度的测量方法通常分为两步：首先是测量样品的 T1 弛豫时间，然后是测量样品的 T2 弛豫时间。

通过这两个弛豫时间，可以计算出NMR 孔隙度。

3.NMR 孔隙度的应用MR 孔隙度在许多领域都有广泛的应用，包括土壤科学、地质学、环境科学、催化剂研究等。

在土壤科学中，NMR 孔隙度可以用来研究土壤的孔隙结构和水分分布；在地质学中，NMR 孔隙度可以用来研究岩石的孔隙结构和流体分布；在环境科学中，NMR 孔隙度可以用来研究污染物在土壤中的传输和分布；在催化剂研究中，NMR 孔隙度可以用来研究催化剂的孔隙结构和活性。

4.NMR 孔隙度的影响因素MR 孔隙度的测量结果受到许多因素的影响，包括样品的物理性质、核磁共振仪器的性能、测量条件等。

为了获得准确的 NMR 孔隙度测量结果，需要在样品制备、仪器校准、测量条件控制等方面进行严格的操作。

5.结论MR 孔隙度是一种通过核磁共振技术测量孔隙尺寸的方法，具有非破坏性、快速、准确等优点。

NMR 孔隙度在许多领域都有广泛的应用，包括土壤科学、地质学、环境科学、催化剂研究等。

核磁共振(NMR)

饱和：低能级核全部向高能级跃迁，不再吸收能量，核磁共振信号逐渐衰退，直至完全消失，这种状态叫饱和.
驰豫：低能级核向高能级跃迁,高能态必须放出能量回到低能态，使低能态核始终维持优势。非辐射到低能态的过程称为驰豫。
一个体系通过驰豫过程达到平衡状态
的半衰期需要一定时间，用T1表示，T1越小，这种驰豫效率越高。
• 2 、因为 Si 的电负性（ 1.9 ）小于碳的电负性（2.6），TMS质子处于高电子密度区，产生较大的屏蔽效应，其质子信号比产生一般质子信号所需磁强度均大，处于最高场，因此，不干扰样品信号。
• 3、TMS是烷烃，化学性质不活泼，与样品无作用。 • 4、TMS易溶于有机溶剂 • 5、沸点低（27℃），易于回收样品。
合物结构测定的基本原理
• 6. 了解脉冲傅立叶变换核磁共振测定方法的原理 • 7. 了解1H-NMR及13C-NMR的测定条件以及简化图谱
的方法，并能综合应用图谱提供的各种信息初步判断化合物的正确结构
主要内容
• 1. 核磁共振原理 • 2. 核磁共振仪器 • 3. 氢核磁共振（1H-NMR） • 碳核磁共振（13C-NMR） •
1.原子核的自旋
氢原子核的自旋会沿着它的自转轴产生一个微小的磁场，它本身就好象一个小磁铁。
Nuclear magnetic dipole moment caused by spinning nucleus
+
Direction of Spin of hydrogen
nucleus
1.原子核的自旋
• 如要B的0为频2率.3是5T1,010HM发H生z,而核1磁3C共是振25所M需Hz.
3.内标（基准物质）的选择

nmr 碳谱时间

nmr 碳谱时间
NMR（核磁共振）碳谱是一种用于分析有机化合物结构的实验技术。

关于NMR碳谱时间，通常取决于样品的大小和复杂性。

一般来说，简单的样品所需的碳谱时间较短，大约在数十分钟到几个小时之间。

而对于复杂样品，可能需要更长的时间，甚至数天。

碳谱实验的时间也受仪器性能、实验条件等因素的影响。

高场强的NMR仪器通常可以更快地获得良好的谱图。

此外，实验员的经验和技巧也对碳谱时间有影响，熟练的实验员可以更快地获得满意的结果。

 
需要注意的是，这里给出的时间范围仅供参考，实际碳谱实验时间可能会有所不同。

nmr氢谱化学位移表__理论说明

nmr氢谱化学位移表理论说明1. 引言1.1 概述:NMR（核磁共振）技术是一种在化学和物理领域中广泛应用的非常重要的分析工具。

它通过观察原子核围绕磁场进行共振吸收的现象，可以提供有关分子结构、化学环境和相互作用等信息。

其中，氢谱化学位移表是NMR研究中至关重要的参考资料之一。

本文将详细探讨NMR氢谱化学位移表的相关理论。

1.2 文章结构:本文按照以下方式组织：- 引言部分：对NMR氢谱化学位移表的意义和文章结构进行介绍。

- NMR氢谱化学位移表：解释什么是NMR氢谱化学位移表，并介绍其编制依据和使用方法。

- 理论说明：基于量子力学的理论解释、分子结构与化学位移之间的关系以及化学环境对氢原子化学位移的影响等内容进行详细阐述。

- 实例分析：通过对比实验数据与NMR氢谱化学位移表中数值的关系，解释不同化合物类型对应的化学位移范围，以及典型官能团对氢原子化学位移的影响进行分析。

- 结论：总结NMR谱化学位移表在NMR研究中的重要性和应用价值，并展望未来发展方向和挑战。

1.3 目的:本文旨在全面理解和解释NMR氢谱化学位移表的相关理论。

通过详细讨论基于量子力学的理论解释，我们将深入探讨分子结构、化学环境、官能团对氢原子化学位移的影响等内容，为读者提供一个清晰且易于理解的指导，以便更好地应用和理解NMR氢谱化学位移表。

完成这篇文章后，读者将能够更好地利用该表进行NMR研究，并更好地了解其背后的理论基础。

2. NMR氢谱化学位移表：2.1 什么是NMR氢谱化学位移表：NMR（核磁共振）氢谱化学位移表是一种用于记录和比较不同分子中氢原子的化学位移数值的工具。

在核磁共振谱仪中，每个化合物中的氢原子由其相应的化学位移表示。

这些数值对于确定分子结构、官能团和化学环境等方面具有重要意义。

2.2 化学位移的基本理论知识：化学位移是指特定氢原子在磁场作用下产生特定信号频率偏移的现象。

其数值取决于多种因素，如电子环境、分子结构和官能团等。

核磁共振现象

核磁共振现象核磁共振现象（nuclear magnetic resonance，NMR）是一种核物理现象发现于1946年，其后，主要被化学家和物理学家用于研究分子的结构。

1973年，英国学者劳特布尔在主磁场内附加一个不均匀的磁场，并逐点地诱发核磁共振无线电波，然后对这些一维投影值进行组合，从而获得了一幅二维的核磁共振图像。

1974~1978年，英国诺丁汉大学和阿伯丁大学的物理学家们，在研制核磁共振图像系统方面取得较大进展。

1978年5月28日，他们取得了第一幅人体头部的核磁共振图像，1980年下半年取得了第一幅胸，腹部图像。

到1982年底，世界上已有许多医院和科研单位，把这种图像技术应用到临床诊断和其它医学领域的研究中去。

近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。

检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。

为了准确反映其成像基础，避免与核素成像混淆，现改称为磁共振成象。

一、MRI的成像基本原理与设备（一）磁共振现象与MRI 磁共振磁共振成像术（简称MRI）是一种可使人体免受X射线损害的崭新的扫描技术，它是电子计算机技术，CT技术以及磁共振频谱学等先进科学的结晶。

世上万物均由分子组成，而分子是由原子组成，原子是由原子核和围着核旋转的电子组成，原子核又是由带正电荷的质子和不带电荷的中子组成。

许多原子核的运动则类似“自旋体”，不停地以一定的频率自旋。

如设法使它进入一个恒定的磁场，它就会沿着这磁场方向回旋。

这时用特定的射频电磁波去照射这些含有原子核的物体，物体就会显著地将电磁波吸收，这就是磁共振现象。

MRI就是利用人体中的氢（H）原子，在强磁场内受到脉冲激发后，产生的磁共振现象，经过空间编码技术，把在磁共振过程中所散发的电磁波以及与这些电磁波有关的质子密度，弛豫时间，流动效应等参数，接收转换，通过电子计算机的处理，最后形成图像，做出诊断。

MRI比CT能更灵敏地分辨出正常或异常的组织，对肿瘤的早期检测及鉴别有很大的帮助。

NMR

2π两种进动取向不同的氢核之间的能级差（ΔE）：
吸收射频辐射，自旋取向改变，即发生共振，照射频率
与外磁场值满足如下关系（称共振频率）ν
0 / B
= γ/ (2π)
核的共振频率的化学位移只有百万分之几。

2．为什么用TMS作为基准?
(1) 12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；
与裸露的氢核相比，TMS
的化学位移最大，但规定
δ
=0，其他种类氢核的
TMS
位移为负值，负号不加。

δ小，屏蔽强，在高场出现，图右侧；
δ大，屏蔽弱，在低场出现，图左侧；
若存在共轭效应，导致质子周围电子云密度增加，则移向
各向异性效应——是由于置于外加磁场中的分子所产生的感应磁场，使分子所在空间出现屏蔽区和去屏蔽区，导致不同区域内的质子移向高场和低场。

去屏蔽区(-)，低场屏蔽区(+)，高场
为例：
B o +2ΔB
o
B
o
B
o
B
o
-2ΔB
o
质子受到的实际
CN
偶合常数相等
峰强度之比为1：3：3：1
烷烯和苯中双键的13C化学位移在100－150间。

乙炔与乙烯的化学位移值分别为71.9和123.3。

偏共振去偶技术
——也采用双照射技术，只是使每个碳原子与相连接的质子之间的偶合裂分保留下来，除去与较远质子的偶合裂分。

此时的裂分规律及峰的相对高度则遵循1H －1H偶合裂分规律。

材料的核磁共振-(NMR)

表7-2列举了数种磁性核的磁旋比和它们发生
共振时ν 0和H0的相对值。即在相同的磁场中，
不同原子核发生共振时的频率各不相同，根据这一点
可以鉴别各种元素及同位素。
（2）对于同一种核，值一定。当外加磁场一定时，
共振频率也一定；当磁场强度改变时，共振频率也随
着改变。例如氢核在1.409T的磁场中，共振频率为
m = -1/2 的取向由于与外磁场方向相反，能量较 m = +1/2者为高，其能量差E 等于：
E
由于I =1/2，故
H 0
I
E 2H 0
式中为自旋核产生的磁矩。
图7-3 在外磁场作用下，核自旋能级的裂分示意图
在磁场中，核旋转所产生的磁矩与外磁场之间的相互作
用使核受到力矩的作用而偏转；同样自转核的赤道平面也因受到力矩作用而发生偏转，其结果是使核磁矩绕着磁场方向转动－－拉莫尔进动，进动时有一定的频率，称拉摩尔频率。
处于静磁场中的核自旋体系，当其拉莫尔进动频率与作
用于该体系的射频场频率相等时，所发生的吸收电磁波
的现象－－核磁共振。
发生核磁共振的条件：
H 0 0 2
发生共振时射电频率ν0与磁场强度H0之间的关系。讨论：（1）对于不同的原子核，由于 (磁旋比)不同，发生
共振的条件不同，即发生共振时的ν 0与H0相对值不同。
在外磁场H0的作用下核的共振频率为：
H 0 (1 ) 2
γ 为磁旋比
化学位移：
由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大
的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。
在有机化合物中，
各种氢核周围的电子云
密度不同（结构中不同位置）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

nmr名词解释

NMR名词解释
NMR（核磁共振）是一种分析化学技术，利用原子核在外磁场作用下的共振吸收现象来获得物质的结构和环境信息。

化学位移是NMR中的一个重要参数，表示一种化合物中特定原子核共振频率与参考化合物共振频率的差异。

峰是一个NMR谱图中的特征信号，表示不同化学位移的原子核吸收信号强度。

耦合常数是NMR谱图中的一个参数，表示相邻原子核之间的相互作用强度。

弛豫时间是NMR中的一个重要参数，表示原子核自旋重新恢复平衡所需的时间。

NMR(核磁共振)分析

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5.2.2 自旋核在外加(wàijiā)磁场中的取向数和能级
按照量子力学理论，自旋核在外加磁场(cíchǎng)中的自旋取向数不是任意的，可按下式计算：
自旋取向数= 2I＋1 以H核为例，因I =1/2，故在外加磁场(cíchǎng)中，自旋取向数 =2（1/2）＋1=2，即有两个且自旋相反的两个取向，其中一个取向磁矩与外加磁场(cíchǎng)B0一致；另一取向，磁矩与外加磁场 (cíchǎng)B0相反。两种取向与外加磁场(cíchǎng)间的夹角经计算分别为54024'（θ1）及125036'（θ2）。见图5.2
质量数A 偶数奇数
原子序数Z 偶数奇或偶数
奇数偶数
奇或偶数奇数
自旋量子数 INMR信号(xìnhào)
原子核
0
无
12C6 16O832S16½Biblioteka 有1H1，13C6
19F9，15N7，31P15
3/2,5/2 …
有
17O8，33S16
1,2,3
有
2H1，14N7
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当I=0时，p=0，原子核没有磁矩，没有自旋现象(xiànxiàng)；当I＞0时，p≠ 0，原子核磁矩不为零，有自旋现象 (xiànxiàng)。 I=1/2的原子核在自旋过程中核外电子云呈均匀的球型分布，见图5.1（b）核磁共振谱线较窄，最适宜核磁共振检测，是 NMR主要的研究对象。I＞1/2的原子核，自旋过程中电荷在核表面非均匀分布
图5.1 原子核的自旋(zì xuán)形状
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有机化合物的基本元素13C、1H、15N、19F、 31P等都有核磁共振信号，且自旋量子数均为1/2，核磁共振信号相对简单，已广泛用于有机化合物的结构 (jiégòu)测定

NMR基本原理与仪器构造

NMR基本原理与仪器构造NMR (Nuclear Magnetic Resonance，核磁共振) 是一种通过测量和分析原子核在磁场中的行为来确定物质结构和性质的分析技术。

NMR的基本原理和仪器构造包括如下几个方面：一、基本原理：1. 核磁共振现象：核磁共振现象源于原子核具有自旋 (spin) 和带电性质，当原子核处于磁场中时，它们会产生一个旋磁比 (gyromagnetic ratio)，并围绕磁场的方向进行旋转。

2.外加射频信号：为了激发核共振，需要将外加射频信号与核子的共振频率匹配，从而引起能级之间的跃迁。

二、仪器构造：1. 磁场系统：核磁共振仪的主要部件是磁场系统，它提供一个稳定的磁场，通常采用超导磁体。

磁场越强，谱线分辨率越高。

磁场的强度在核磁共振仪中以特斯拉 (Tesla，T) 为单位进行度量。

2.射频系统：射频系统包括射频发生器、射频放大器和射频探头。

射频发生器产生所需的射频信号，射频放大器将其放大到足够的强度，射频探头通过感应的方式将射频信号传递到样品中。

3.探测系统：探测系统主要由接收线圈、预放大器和检测器组成。

接收线圈感应出样品中由射频信号引起的信号，预放大器将其放大，检测器将信号转换为电信号进行处理和记录。

4.控制系统：核磁共振仪需要一个精确的控制系统来控制磁场强度和均匀性。

同时，控制系统也负责控制射频信号的频率和幅度，以及其他仪器参数的设置。

三、实验过程：1.样品制备：样品通常是液体状态或固体状态的溶液。

液体样品通常是通过溶解待测物质于溶剂中获得，固体样品则需要先进行特殊处理，如溶解或制备样品纤维。

2.样品放置：将样品放置在射频探头中的样品室内。

探头通常包含一个感应线圈和一个用于调整样品位置的样品保持装置。

3.实验参数设置：根据待测物质的性质和需求，设置磁场强度、射频信号频率、扫描次数等参数。

4. 数据采集：开始实验后，仪器将逐步扫描不同的频率，并记录回收信号的强度。

通过改变射频信号的频率，可以得到一系列的回波信号，称为自由感应衰减 (Free Induction Decay, FID)。

NMR磁共振成像

NMR磁共振成像磁共振成像是利用原子核在磁场内共振所产生信号经重建成像的一种成像技术。

核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）是一种核物理现象。

早在1946年Block与Purcell就报道了这种现象并应用于波谱学。

Lauterbur1973年发表了MR成象技术，使核磁共振不仅用于物理学和化学。

也应用于临床医学领域。

近年来，核磁共振成像技术发展十分迅速，已日臻成熟完善。

检查范围基本上覆盖了全身各系统，并在世界范围内推广应用。

为了准确反映其成像基础，避免与核素成像混淆，现改称为磁共振成象。

参与MRI 成像的因素较多，信息量大而且不同于现有各种影像学成像，在诊断疾病中有很大优越性和应用潜力。

一、 MRI的成像基本原理与设备（一）磁共振现象与MRI含单数质子的原子核，例如人体内广泛存在的氢原子核，其质子有自旋运动，带正电，产生磁矩，有如一个小磁体（图1-5-1）。

小磁体自旋轴的排列无一定规律。

但如在均匀的强磁场中，则小磁体的自旋轴将按磁场磁力线的方向重新排列（图1-5-2）。

在这种状态下，图1-5-1 质子带正电荷，它们像地球一样在不停地绕轴旋转，并有自己的磁场用特定频率的射频脉冲（radionfrequency，RF）进行激发，作为小磁体的氢原子核吸收一定量的能而共振，即发生了磁共振现象。

停止发射射频脉冲，则被激发的氢原子核把所吸收的能逐步释放出来，其相位和能级都恢复到激发前的状态。

这一恢复过程称为弛豫过程（relaxationprocess），而恢复到原来平衡状态所需的时间则称之为弛豫时间（relaxationtime）。

有两种弛豫时间，一种是自旋-晶格弛豫时间（spin-lattice relaxationtime）又称纵向弛豫时间（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能传给周围晶格所需要的时间，也是90°射频脉冲质子由纵向磁化转到横向磁化之后再恢复到纵向磁化激发前状态所需时间，称T1。