1 Solid State Nuclear Magnetic Resonance Determination of Protein Orientation

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利用固体核磁共振技术研究材料结构

利用固体核磁共振技术研究材料结构

利用固体核磁共振技术研究材料结构固体核磁共振(solid-state nuclear magnetic resonance, ssNMR)技术是一种用来研究固体材料中原子结构和分子结构的重要工具。

与传统的质谱手段相比,ssNMR可以在不需要大量的分析样本的情况下,研究材料中原子和分子结构的细节,特别是在非晶态或无晶体结构中。

因此,固体核磁共振技术在材料科学领域得到了广泛应用。

固体核磁共振技术的原理是利用核磁共振现象,即核自旋与外磁场间的相互作用,通过一系列的脉冲序列和回波信号生成,确定材料中原子的排列方式、化学键的性质和分子的构象等信息。

与液态核磁共振不同,固态核磁共振的信号产生方式更复杂,需要通过优化仪器的设计和信号处理算法,来克服信号噪声等技术难题。

固体核磁共振技术在材料科学中的应用非常广泛。

其中,最常见的应用是研究催化剂、聚合物材料和电子器件等。

催化剂是其中的一个重要领域。

对于催化剂材料的研究,需要通过核磁共振技术来确定催化剂中活性位置的结构,确定反应机理的信息。

聚合物材料是另外一个常见的研究领域。

对聚合物材料分子结构的理解和确定,有助于优化聚合物的特性,提高材料性能。

电子器件则是近年来新兴的应用领域,例如,ssNMR技术可以用来研究高分子电解质和电极材料,以确定电池的性能和特性。

除了上述的应用,ssNMR技术还可以应用在其他领域,例如,医药和化学研究等。

医药研究中,ssNMR技术可以用来确定药物的结构和稳定性。

特别是在新药开发中,ssNMR技术可以帮助科学家确定新药分子的合成路径、理解药物与生物体的相互作用等。

在化学研究方面,ssNMR技术可以用来研究分子结构和物理性质,例如,固体材料的同位素效应、低维材料中个别分子的相互作用等。

在总结使用ssNMR技术的应用领域时,可以看到这项技术已经成为材料科学领域中必不可少的工具之一。

除了此外,还需要提到的是,核磁共振技术是一项现代科学技术的代表,随着技术的发展和新应用的出现,其应用前景也愈发广阔。

磁共振成像基本知识

磁共振成像基本知识
磁共振成像基本知识
Nuclear Magnetic Resonance Imaging
首字母缩写:
NMRI
为了和原子核及射线的放射性危害区分开 来,临床医生建议去掉N,简称为磁共振成像
MRI
2
发展历史
1946 年美国斯坦福大学的F. Bloch 和哈佛大学E.M .Purcell领导的两个研究组首次独 立观察到磁共振信号,由于该重要的科学发现,他们两人共同荣获1952年诺贝尔物 理奖。其发展最初阶段的应用局限于物理学领域,主要用于测定原子核的磁矩等物 理常数。
•T1弛豫是由于高能质子的能量释放回到低能状态
•用T1值来描述组织T1弛豫的快慢
高能的质子把能量释放给周围的晶格 (分子)
晶格震动频率高于质子进动频率
能量传递慢--纯水
晶格震动频率接近于质子进动频率
能量传递快--脂肪,含中小分子蛋白质
晶格震动频率低于质子进动频率
能量传递慢--含高浓度大分子蛋白
不同组织有不同的T1弛豫时间
T1加权成像 ( T1WI )
•反映组织纵向 弛豫的快慢!
• T1值越小 纵向磁化矢量恢复越快 已经恢复的 纵向磁化矢量大 MR信号强度越高(白)
• T1值越大 纵向磁化矢量恢复越慢 已经恢复的 纵向磁化矢量小 MR 信号强度越低(黑)
• 脂肪的T1值约为250毫秒 MR信号高(白) • 水的T1值约为3000毫秒 MR信号低(黑)
在20世纪70年代初,美国科学家Paul Lauterbur发现了在磁场中引入梯度的方法来创 造二维图像的可能性。通过分析发射的无线电波的特性,他可以确定它们的来源。 这使得用其他方法无法可视化的结构的二维图片成为可能。 英国的科学家 Peter Mansfield,进一步发展了梯度磁场的 运用。他展示了如何对信号进行数学分析,并展示了极快 成像的可行性。他们利用磁共振技术观察不同结构方面的 重大发现促进了现代磁共振成像( MRI )的发展和在医学 影像中的应用,代表了医学诊断和研究的突破。并共同荣 获2003年的诺贝尔生理学-医学奖。

Nuclear magnetic resonance核物理介绍

Nuclear magnetic resonance核物理介绍

吸收光子的原子核光子由于反冲效应,吸收的光子能量会 有所增大。
因为反冲
相同原子核的发射谱和吸收谱有一 定差异
所以Mössbauer效应难以产生
• • •
利用原子核与周围环境的超精细相互作用,进行 超精细测量 尚无气体和不太粘稠的液体中观察到穆斯堡尔 效应 对环境的依赖性很高
并且… 穆斯堡尔效应
例如…
• 相对论预言,由于地球上不同高度引力势能不同, 会引起光子离开地球时在不同高度的频率不同, 相差20米带来的频率测量变化为2×10-15。 • 1960年,庞德和里布卡利用穆斯堡尔效应测量 到了这个微小的变化。
例如…
• 验证迈克耳孙-莫雷实验 • 1970年,伊萨克(G.R.Isaak)利用穆斯堡尔效应 测量了地球相对于以太的速度。实验测得此速度 的上限为5×10-5 km/s,基本证实了不存在地球 相对于以太的运动。
为了消除反冲…
原子核置于固体晶格中,由于晶体的 质量远远大于单一的原子核的质量, 反冲能量就可以忽略不计。
为了抵消环境差异
还需要利用多普勒效应对γ射线光子的能量进行auer谱的宽度 非常窄
因此具有极高的能量分辨本领
因此穆斯堡尔效应一经发现就在各种精密频差测量中得到 广泛应用
我都懂 看不懂 假设你已经了解 点击继续 怎么办 初中物理
核聚变 核裂变 放射性衰变
那么谈到
Mössbauer效应
我们已经知道…
当一个原子核由激发态跃迁到基态,发出一个γ射线光子。
这便是 Mössbauer效应
当这个光子遇到另一个同样的原子核时,就能够被共振吸收。
但是这并不简单…
原子核在放出一个光子的时候,自身也具有了一个反冲动 量,这个反冲动量会使光子的能量减少

核磁共振 英语词汇

核磁共振 英语词汇

核磁共振英语词汇英文回答:Nuclear magnetic resonance (NMR) is a powerfulanalytical tool that utilizes magnetic fields and radio waves to investigate the properties of atoms and molecules. It offers a non-destructive and versatile technique for characterizing materials at the atomic and molecular level. NMR has various applications across multiple scientific disciplines, including chemistry, physics, biology, and medicine.The basic principle of NMR involves the interaction between atomic nuclei with a magnetic field. Certain nuclei, such as 1H (proton), 13C, 15N, and 31P, possess anintrinsic magnetic moment due to their nuclear spin. When placed in a magnetic field, these nuclei align with or against the field, resulting in two distinct energy states. By applying radio waves to the sample at specific frequencies, it is possible to induce transitions betweenthese energy states.The absorption of radio waves by the nuclei leads to the resonance phenomenon, which forms the basis of NMR. The resonant frequency for a particular nucleus depends on its chemical environment, including the electron density and surrounding atoms. By analyzing the resonance frequencies and patterns, NMR provides detailed information about the structure, dynamics, and interactions of molecules.NMR spectroscopy is a widely used technique for identifying and quantifying different atoms and functional groups within molecules. It plays a crucial role in determining the molecular structure of organic and inorganic compounds, as well as studying chemical reactions and reaction mechanisms. NMR also finds applications in drug discovery and development, protein structure determination, and metabolomics.In medical imaging, NMR is employed as a non-invasive tool for obtaining detailed anatomical and functional information about the human body. Magnetic resonanceimaging (MRI) utilizes NMR techniques to create high-resolution images of organs, tissues, and blood vessels. MRI is particularly valuable for diagnosing and monitoring a wide range of medical conditions, including brain disorders, cardiovascular diseases, and musculoskeletal injuries.NMR also has applications in other fields, such as materials science, polymer characterization, and geological studies. It is a versatile technique that provides valuable insights into the structure, dynamics, and properties of various materials and systems.In summary, nuclear magnetic resonance (NMR) is a powerful analytical tool that offers a non-destructive and versatile approach for investigating the properties of atoms and molecules. Its applications span multiple scientific disciplines, including chemistry, physics, biology, and medicine, providing insights into molecular structure, dynamics, and interactions.中文回答:核磁共振(NMR)是一种强大的分析工具,利用磁场和射频波来研究原子和分子的性质。

核磁苯环特征区 英文

核磁苯环特征区 英文

核磁苯环特征区的英文表达为:Nuclear magnetic benzene ring characteristic region。

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种常用的分析技术,通过观测核磁共振现象来研究物质的结构和性质。

苯环是一个六个碳原子构成的芳香环,具有特殊的电子结构和化学性质。

在核磁共振谱中,苯环的特征区主要包括以下几个方面:
1. 化学位移:苯环中的氢原子具有一定的化学位移,即吸收峰在核磁共振谱上的位置。

苯环上的氢原子通常显示在较低化学位移区域,其化学位移范围通常在7-8.5 ppm之间。

2. 耦合常数:苯环中的氢原子之间存在耦合作用,即它们的共振频率相互影响。

苯环上的氢原子通常呈现出三重ts选项对称的耦合模式,即每个氢原子周围都有两个等距离的耦合氢原子。

这种耦合关系导致了峰的裂分,例如,苯环上的顶氢原子会被四个邻近的耦合氢原子裂分为四个峰。

耦合常数可以通过测量裂分的峰距来确定。

3. 积分强度:苯环中各个氢原子的积分强度可以反映它们的相对数量。

在苯环谱图中,积分强度通常以峰的高度或面积表示,用于计算不同位置氢原子的比例关系。

4. 峰形和峰宽:苯环的核磁共振峰通常呈现出对称的形状,峰宽度较窄。

这是由于苯环具有刚性结构和芳香性质,使得苯环上的氢原子的化学位移和峰形较为稳定。

当然,苯环的核磁共振谱还受到其他因素的影响,例如溶剂效应、取代基和环境条件等。

因此,在解读苯环的核磁共振谱时,需要综合考虑这些因素,以及其他实验条件和样品性质的影响。

核磁共振方法

核磁共振方法

1989年,A. Schaffer和T.Gullion实现了旋转回波双共振实验,即REDOR 实验,开创了固体异核间距离和建立核空间联 系的先河 1994年,H. W. Spiess实现了双量子魔角旋转实验(DQ-MAS),建立了 同时测量同核核间距离和核空间练习的方法 1995年,L. Frydman 建立了多量子魔角旋转脉冲序列(MQ-MAS),促 进了四极核的NMR研究上了一个新台阶
如果在研究中更多关注于化学位移与J-耦 合时,可通过将样品填充入转子,并使转子 沿魔角方向高速旋转,即可实现谱线窄化的 目的。 因为上述作用按时间平均的哈密顿量均含 有因子(1-3cos2θ), 因此如果将样品沿 θ=54.7°(即正方体的体对角线方向)旋转时, 上述强的化学位移各向异性、偶极自旋偶合 和四极相互作用被平均化,而其他相对较弱 的相互作用便成为主要因素,因此有利于得 到高分辨固体核磁共振谱。 魔角旋转实验的示意图
2-2 principles
核磁共振的原理
核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作 用下的运动。根据量子力学原理,原子核与电子一样, 也具有自旋角动量,其自旋角动量的具体数值由原子核 的自旋量子数决定。
– 原子核的自旋运动具有一定的自旋角动量;其自旋 角动量也是量子化的,它与自旋量子数 I 间的关系 为:
拉莫尔频率(larmor frequency)
核磁矩沿外场进动的频率叫拉莫尔频率 其大小取决于原子核的种类以及外磁场的大小
核磁共振的条件 原子核 磁 原子核自旋 I≠0 外加磁场H0 诱导产生能级自旋分裂
共振
ν外界=ν0进动
能级跃迁
弛豫
— 通过无辐射的释放能量途径,核从高能态回到低能态的过程。 —弛豫可分为“自旋-晶格弛豫”和“自旋-自旋弛豫” • 自旋-晶格弛豫(纵向弛豫):自旋核与周围分子交换能量的过程。 • 自旋-自旋弛豫(横向弛豫):自旋核之间互换能量的过程。 气体与液体样品 自旋-晶格弛豫(T1) 自旋-自旋弛豫(T2) 几秒 1秒 固体及粘度大的液体样品 几分~几小时 10-4~10-5秒

原子核物理专业词汇中英文对照表

原子核物理专业词汇中英文对照表

原子核物理专业词汇中英文对照表absorption cross-section 吸收截activity radioactivity 放射性活度activity 活度adiabatic approximation 浸渐近似allowed transition 容许跃迁angular correlation 关联angular distribution 分布angular-momentum conservation 动量守恒anisotropy 各项异性度annihilation radiation 湮没辐射anomalous magnetic moment 反常极矩anti neutrino 反中微antiparticle 反粒artificial radioactivity 放射性atomic mass unit 原质量单位atomic mass 原质量atomic nucleus 原核Auger electron 俄歇电bag model 袋模型baryon number 重数baryon 重binary fission 分裂变binging energy 结合能black hole 黑洞bombarding particle 轰击粒bottom quark 底夸克branching ration 分bremsstrahlung 轫致辐射cascade radiation 级联辐射cascade transition 级联跃迁centrifugal barrier 离势垒chain reaction 链式反应characteristic X-ray 特征X 射线Cherenkov counter 切连科夫计数器collective model 集体模型collective rotation 集体转动collective vibration 集体振动color charge 荷complete fusion reaction 全熔合反应complex potential 复势compound-nucleus decay 复合核衰变compound-nucleus model 复合核模型compound nucleus 复合核Compton effect康普顿效应Compton electron 康普顿电Compton scattering 康普顿苜攵射conservation law 守恒定律controlled thermonuclear fusion 受控热核聚变cosmic ray 宇宙射线Coulomb barrier 库仑势垒Coulomb energy 库伦能Coulomb excitation 库仑激发CPT theorem CPT 定理critical angular momentum 口缶界动量critical distance 临界距离critical mass临界质量critical volume 临界体积damped oscillations 阻尼震荡damped vibration 阻尼震荡damped wave 阻尼波damper减震器damping factor 衰减系数damping 衰减的damp proof防潮的damp 湿danger coefficient 危险系数danger dose危险剂量danger range危险距离danger signal危险信号data acquisition and processing system 数据获得和处理系统data base数据库data communication 数据通信data processing 数据处理data数据dating测定年代daughter atom 体原daughter element 体元素daughter nuclear 核daughter nucleus 体核daughter nuclide 体核素daughter蜕变产物dd reaction dd 反应deactivation 去活化dead band不灵敏区dead time correction 死时间校正dead time失灵时间deaerate 除deaeration 除deaerator除器空分离器deaquation 脱debris activity 碎放射性debris石卒de broglie equation 德布罗意程de broglie frequency 德布罗意频率de broglie relation 德布罗意程de broglie wavelength 德布罗意波长de broglie wave德布罗意波debye radius德拜半径debye temperature 德拜温度decade counter tube 进计数管decade counting circuit 进制计数电路decade counting tube 进管decade scaler 进位定标器decagram 克decalescence相变吸热decalescent point金属突然吸热温度decarburization 脱碳decascaler 进制定标器decatron 进计数管decay chain 衰变链decay coefficient 衰变常数decay constant 衰变常数decay constant 衰变常量decay energy 衰变能decay factor 衰变常数decay fraction 衰变分decay heat removal system 衰变热去除系统decay heat 衰变热decay kinematics 衰变运动学decay out 完全衰变decay period冷却周期decay power衰减功率decay rate衰变速度decay scheme 衰变纲图decay series 放射系decay storage衰变贮存decay table 衰变表decay time衰变时间decay 衰减decelerate 减速deceleration 减速decigram 分克decimeter wave 分波decommissioning 退役decompose 分解decomposition temperature 分解温度decomposition 化学分解decontaminability 可去污性decontamination area 去污区decontamination factor 去污因decontamination index 去污指数decontamination 净化decoupled band 分离带decoupling去耦解开decrease 衰减decrement减少率deep dose equivalent index 深部剂量当量指标deep inelastic reaction 深度弹性反应deep irradiation 深部辐照deep therapy 深部疗de excitation 去激发de exemption 去免除defectoscope 探伤仪defect缺陷definition 分辨deflecting coil 偏转线圈deflector偏转装置deformation energy 变形能deformation of irradiated graphite 辐照过墨变形deformation parameter 形变参量deformation 变形deformed nucleus 变形核deformed region 变形区域deform 变形degassing 脱degas 除degeneracy 简并degenerate configuration 退化位形degenerate gas 简并体degenerate level 简并能级degenerate state 简并态degeneration 简并degradation of energy 能量苜攵逸degradation 软化degraded spectrum 软化谱degree of acidity 酸度degree of burn up 燃耗度degree of purity 纯度dehumidify 减湿dehydrating agent 脱剂dehydration 脱deionization rate 消电离率deionization time 消电离时间deionization 消电离delay circuit延迟电路delayed alpha particles 缓发粒delayed neutron 缓发中delayed proton 缓发质deliquescence 潮解deliquescent 潮解的demagnetization 去磁denitration 脱硝density gradient instability 密度梯度不稳定性density of electrons 电密度deoxidation 脱氧deoxidization 脱氧departure from nucleate boiling ratio 偏离泡核沸腾departure from nucleate boiling 偏离泡核沸腾depleted fuel贫化燃料deposit dose地沉降物剂量deposited activity沉积的放射性deposition 沉积deposit 沉淀depression 减压depressurization accident 失压事故depressurizing system 降压系统desalinization 脱盐desalting 脱盐descendant 后代desorption 解吸detailed balance principle 细致平衡原理detection of radiation 辐射线的探测detonation 爆炸deuteride氘化物deuterium alpha reaction 氘反应deuterium 重氢deuton氘核deviation 偏差dew point 露点dextro rotatory 右旋的diagnostic radiology 诊断放射学diagnostics 诊断diagram 线图diamagnetism 反磁性diameter 直径diamond稳定区;金刚diaphragm 薄膜diatomic gas 双原体diatomic molecule 原分dielectric 电介质differential control rod worth 控制棒微分价值differential cross section 微分截diffraction spectrometer 衍射谱仪diffraction spectrum 衍射光谱diffraction 衍射diffuse扩苜攵diffusion stack 务马堆diffusion theory扩苜攵理论diffusion time扩苜攵时间diffusion扩苜攵dilution 稀释dipole偶极dirac equation 狄拉克程direction 向discharge 放电discrete离苜攵的disintegrate 蜕衰disintegration 蜕变dislocation 位错disorder 序dispersion 分苜攵displacement current 位移电流displace位移;代替dissociation 离解dissolution 溶解distillation 蒸馏distortion 畸变divergence 发苜攵domain磁畴Dopper effect多普勒效应dose albedo剂量反照率dose build up factor 剂量积累因dose equivalent 剂量当量dose rate 剂量率dose 剂量down quark 下夸克dry out 烧duality 重性duct 管dysprosium 镝endothermic reaction 吸能反应energy conservation 能量守恒even-even nucleus 偶偶核exchange force 交换力excited state 激发态exothermic reaction 放能反应exposure 照射量fatigue 疲劳feedback 反馈fermi age费年龄fermion 费fermium 镶fermi 费Feynman diagram 费恩曼图field theory 场论fine structure 精细结构fissile分裂的fissionable 分裂的fission barrier 裂变势垒fission fragment 裂变碎fission product yield 裂变产额fission product 裂变产物flattening of neutron flux 中通量展平fluorescent x rays 荧光x 射线fluorine 氟flux通量forbidden band 禁带force 力francium 钫free electron 由电free energy 由能frenkel defect弗兰克尔缺陷frictional force 摩擦力fuel assembly grid燃料集合体栅格fuel assembly核燃料组件fuel cell燃料电池fuel depletion 燃料贫化fuel reprocessing 燃料后处理function 函数fusion核聚变galaxy 星系Gamow-Teller interaction G-T 相互作gauge boson 规范波gauge field theory 规范场论Geiger-MCiller counter 盖-勒计数器Geiger-Nuttal law 盖-努塔尔定律geometrical cross-section 何截germanium detector 锗探测器giant resonance 巨共振gluon 胶grid ionization chamber 屏栅电离室hadron 强heavy ion 重离helicity 螺旋性Higgs particle 希格斯粒Hubble constant 哈勃常量Hubble law 哈勃定理incoming channel 射道incoming particle 身寸粒independent-particle model 独立粒模型induced fission 诱发裂变inelastic collision 弹性碰撞inelastic scattering 弹性苜攵射inertial confinement 惯性约束internal conversion 内转换intrinsic electric quadrupole moment 内禀电四极矩intrinsic parity 内禀宇称island of isomerism 同核异能素岛island of stability 稳定岛isobaric spin,isospin 同位旋isobar同量异位素isomer 同核异能素isospin analog state 同位旋相似态isospin multiplet 同位旋多重态isotone同中异位素isotope同位素j j coupling j j 耦合joule heat 焦热jump function阶跃函数junction particle detector 结型粒探测器kerma rate 释动能率kerma柯玛kernel approximation method 核近似法kernel function 核函数kernel 核kerr cell克尔盒kerr effect克尔效应kevatron千电伏级加速器key measurement point 关键测量点k factor增殖系数kinetic theory of gases 体运动论kirchhoff's radiation law基尔霍夫辐射定律klein gordon equation 克莱因登程klein nishina formula克莱因仁科公式knight shift奈特移位knocking out 原位移knock on atom 撞出原knock on 撞击撞出k shell k 层Kurie plot 库里厄图labeled 踪的labile不稳定的lag延迟laminar flow 层流lande g factor 朗德因lanthanides 镧系lanthanum 镧laplace's operator拉普拉斯算符laplacian拉普拉斯算符larmor frequency 回旋频率laser cooling激光冷却laser enrichment process 激攵光浓缩法laser isotope separation method 激光同位素分离法laser pulse激光脉冲laser 激光latent energy 潜能lattice cell 栅元lattice constant 晶格常数lattice defect 点阵缺陷lattice energy 晶格能量lattice parameter 晶格常数lattice 格laue photograph 劳厄照相lawrencium 镑Lawson criterion 劳森判据lead 铅lepton 轻level能级liberation 游离limit极限liquid metal液态金属liquid model液体模型liquid phase 液相lithium 锂lorentz force 洛伦兹力lorentz gas洛伦兹体lorentz invariance洛伦兹不变性low activity waste 低放废物lower limit 下限lutetium 错macroscopic cross section 宏观截macroscopic state 宏观态magic number 幻数magnesium 镁magnetic dipole 磁偶极magnetic field 磁场magnetic resonance 磁共振magnetism 磁manganese 锦many body forces 多体力many body problem 多体问题mass abundance 质量丰度mass energy conversion formula 质能换算公式mass excess 质量过剩mass range质量射程mass spectrometer 质谱仪maximum 最值maxwell boltzmann distribution 克斯韦分布函数mean collision time平均碰撞时间mean field 平均场mean value 平均值mean平均melting point 熔点membrane 薄膜memory存储mendeleev's law门捷列夫周期律mendelevium 钔]mercury 汞meson exchange theory 介交换理论meson field theory 介场理论meson 介meson 介metamorphose 变形methane 甲烷methanol 甲醇methyl alcohol 甲醇migration 移动mobility迁移率moderate 减速moderation 减速modulus of elasticity 弹性模数modulus of rigidity 刚性模数modulus of rupture 断裂模数modulus of torsion 扭转模数modulus 刚性模数moisture 湿molar fraction 克分分数molecular mass 分质量molecular orbital 分轨函数molten salt 熔盐molybdenum 车目monte carlo method 蒙特卡罗法neodymium 钕neon 氖neptunium 键neutrino 中微neutron flux 中通量neutronics中物理学neutron中nickel 银niobium 铌nitrogen 氮nobelium 锌nominal value 公称值nuclear fission 核裂变nuclear fission 核裂变nuclear force 核力nuclear fuel 核燃料nuclear spallation 核苜攵裂nucleon 核 nucleus 核nuclide 核素nu factor 每次裂变后的中产额ood-A nucleus 奇 A 核ood-ood nucleus 奇奇核optical model 光学模型 orbital angular momentum 轨道 动量 orbital electron capture 轨道电俘 获 pair creation , pair production 对产 pairing correlation 对关联pairing energy 对能parent nucleus 核parity 宇木称 partial-wave analysis 分波分析 partial-wave cross-section 分波截particle physics 粒物理 photoelectric effect 光电效应 pick-up reaction 拾取反应polarization 极化度 potential barrier 势垒 prompt neutron 瞬发中proportional chamberproton radioactivityproton 质quark confinementquark-gluon plasmaquark model夸克模型 quark 夸克radiation damage 辐射损伤radiation dose 辐射剂量radiation protection 辐射防护radiative capture 辐射俘获 radioactive dating 放射性鉴年法 radioactive equilibrium 放射性平衡radioactive nuclide 放射性核素radioactive series 放射系radioactivity 放射性range 射程 reaction channel 反应道 reaction cross-section 反应截 正室 质放射性夸克禁闭 夸克-胶等离体reaction energy 反映能reaction product 反应产物reaction yield 反应产额recoilless resonance absorption 反冲共振吸收residual interaction 剩余相互作residual nuclease 剩余核resolution 分辨率resolving time 分辨时间resonance cross-section 共振截resonance energy 共振能量resonance state 共振态rotational energy level 转动能级saddle point 鞍点samarium poisoning 钐中毒samarium 钐scalar标量scandium 铳scattering 苜攵射scheme图解Schrodinger equation 薛定谔程scintillation detector 闪烁探测器scram control快速停堆控制scram discharge volume快速停堆排放量scram rod安全棒selenium 办西self absorption coefficient 吸收系数self absorption 吸收self adjoint matrix 共轭矩阵self adjoint operator 共轭算self adjoint 轭的semiconductor 半导体sensitivity 灵敏度series系;级数shell model 壳层模型shell structure 壳层结构shim rod补偿棒shim补偿shut off rod 安全棒silicon 硅simulation 模拟singularity 奇性slab reactor平板反应堆slow down 减速slowing down area 慢化积small angle scattering 苜攵射sodium fluoride 氟化钠sodium 钠soft component of cosmic rays 字宙射线的软成分solar cosmic ray 太阳宇宙线solar neutrino 太阳中微solar x ray太阳x射线solenoid螺旋管solid angle 立体solid phase 固相solid solution 固溶体soluble可溶的solute溶质source data 源数据source strength 源强度space group 空间君羊space lattice 空间点阵spacing 间距spallation 苜攵裂special relativity 狭义相对论special report 专题报告special theory of relativity 狭义相对论specific activity 放射性specific binding energy 结合能specific burn up 燃耗specific charge 电荷specific concentration 浓度specific 的specimen 试样spectral line 光谱线spectral series 光谱线系spectrum 谱speed速率spent nuclear material pool烧过的核材料贮存池sphere 球spherical reactor 球形反应堆spherical wave 球波spin angular momentum 旋动量spin dependent force 旋相关力spin 旋splitting of energy levels 能级分裂splitting ratio 分开spontaneous decay 发衰变spot 斑sputtering 飞溅square bracket 括弧stable equilibrium 稳定平衡stainless steel 不锈钢standing wave 驻波stark effect斯塔克效应statistical error 统计误差statistical fluctuation 统计涨落statistical mechanics 统计力学statistical straggling 统计涨落statistical uncertainty 统计不确定性statistical weight 统计重量statistical 统计的statistic analysis 统计分析statistics 统计学statistics 统计性质steam generator 蒸汽发器steam void 汽steam 蒸汽stefan boltzmann ] constant斯蒂芬玻尔兹曼常数stern gerlach experiment 斯登盖拉赫实验stochastic process 随机过程stoichiometry 化学计算法stokes'law斯特克斯定律stopping power 阻本领strangeness number 奇异数strangeness 奇异性strange particle 奇异粒strange particle 奇异粒strange quark 奇异夸克strength function 强度函数strontium 锶structure factor 结构因subcritical assembly 亚临界装置subcritical亚临界的subgroup 君羊sublimation 升化subprogram 程序subroutine 程序subscript 下标subtraction 减法sulfur 硫superconductivity 超导性superconductor 超导体supercooled 过冷的superheated vapor 过热蒸汽superheated 过热的superlattice 超晶格superposition principle 迭加原理superposition 重叠supersaturation 过饱和superscript 上标surface tension 表张力susceptibility 磁化率suspension colloid 悬浮胶体swelling 膨胀switch开关symmetry对称性synchrotron radiation 同步加速辐射synthesis 合成system of atomic units 原单位制threshold energy 阈能time-of-flight 飞行时间top quark 顶夸克total cross section 总截track detector径迹探测器transfer reaction 转移反应transition probability 跃迁概率two-component neutrino theory 分量中微理论unclean separation energy 核分离能unified model综合模型unique forbidden transition 唯性禁戒跃迁up quark 上夸克uranium series 铀系vector boson 量波vibration energy level 振动能级volume energy 体积能weak interaction 弱相互作yrast line 转晕线yrast state 转晕态。

Nuclear magnetic resonance(核磁共振)

Nuclear magnetic resonance(核磁共振)
• nuclei ['njuːklɪaɪ] 原子核 (nucleus的复数形式) • re-emit [rii'mit] 重发射 • isotope ['aɪsətəʊp] 同位素
• A key feature of NMR is that the resonance frequency(共振频率) of a particular substance is directly proportional to the strength of the applied magnetic field. It is this feature that is exploited in imaging techniques; if a sample is placed in a non-uniform magnetic field then theБайду номын сангаасresonance frequencies of the sample's nuclei depend on where in the field they are located.
Applicaton in Medical Science
• 1. Detecion and diagnosis of heart diseases, cerebrovascular accident and ascular diseases. 侦测及诊断心脏疾病、脑血管意外及血管疾病
• 2. Detecion and diagnosis of organ diseases in chest and abdominal cavity 胸腔及腹腔的器官疾病的侦测与诊断
• 3. Diagnosis and evaluation of dysfunction and conditions of tumour 诊断及评价、追踪肿瘤的情况及功能上的障碍

核磁共振试验

核磁共振试验

90o ~ 180o双脉冲自旋回波法测量T2:第1脉 冲调至90o脉冲(自由衰减最大),调节第2 脉冲至180o脉冲(自由衰减最小),调节磁 场(调节I0)至共振频率与射频脉冲频率相 等就可以观察到自旋回波。调节I0至自旋回 波最大,调节第1脉冲至自旋回波信号最大, 调节第2脉冲至自旋回波信号最大。改变脉 冲间隔测量T2。
I0

(b)用第一脉冲进行观察观察。第一脉冲宽度由 零开始调大至某值,相应磁场 调整,观察波形变 化,目的都使FID信号衰减最慢,脉冲宽度变化意 味着样品体系、磁化矢量、倾倒角的变化,设置不 同的脉冲角度,如90°, 180°等,观察FID变化, 90°信号最大,180°信号为零。
T2Βιβλιοθήκη (3)用自旋回波法测量横向弛豫时间 由于磁场的不均匀导致不同空间位置的原子核发射 的频率不同,随时间推移不同频率不同的电磁波相 位逐渐不同最后相互抵消,从而导致自由衰减信号 消失造成测量T2严重误差。为了精确测量T2采用90o ~ 180o双脉冲自旋回波法测量T2
核磁共振实验
——葛进 电科091 08461213
实验简介

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance NMR)波谱学是近几十年发展 的一门新学科。1924年,泡利(Pauli)在 解释原子光谱的超精细结构时,提出了 原子核具有磁矩的概念。1938年,拉比 (Rabi)等人在原子束实验中首次观察到 核磁共振(NMR)现象,为此获得了1944年 Nobe1物理奖。
实现核磁共振的条件

在一个恒定外磁场 B0作用下,另在垂直 于B0 的平面(x, y平面)内加进一个旋 转磁场 B1,使 B1转动方向与 μ的拉摩 尔进动向相同,见图6.1(a)。如 B1的 转动频率ω 与拉摩尔进动频率 ω0相等 时μ 会绕B0 和 B1的合矢量进动,使 μ 与B0 的夹角θ 发生改变, θ 增大, 核吸收B1 磁场的能量使势能增加。

核磁共振基本原理

核磁共振基本原理

核磁共振基本原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简称NMR)是一种用于研究物质结构和性质的重要技术。

它是通过检测原子核自旋与外加恒定磁场和射频磁场相互作用的信号来实现的。

核磁共振的基本原理是基于量子力学中的自旋现象。

核磁共振涉及一个核自旋的现象,它由于内在自旋而与恒定磁场相互作用,产生能量的不同状态。

在缺乏外加射频磁场时,原子核的自旋状态朝向恒定磁场的两个方向之一,分别称为α态和β态。

这些态之间的能量差异可通过射频磁场的辐射来测量。

当外加射频磁场的频率和能量差异匹配时,可以发生能级之间的转变。

这种转变被称为共振现象。

在共振条件下,原子核吸收能量并发生变化,这种变化可以通过检测射频磁场的信号来实现。

信号的强度和形状与物质的结构和性质有关,因此通过分析信号可以获取有关物质的信息。

核磁共振的运行原理可分为两个阶段:一是建立恒定磁场;二是应用射频磁场并检测信号。

为了建立恒定磁场,通常使用超导电磁体(superconducting electromagnet)产生强磁场。

该电磁体包含一个高温超导体,使电流通过圆环状线圈,从而产生高强度的磁场。

励磁所需的电流在线圈冷却时通过超导体保持零电阻状态。

建立好恒定磁场后,原子核的自旋将根据其量子态在磁场中自发进入α态或β态。

在应用射频磁场和检测信号方面,涉及到两个主要过程:共振现象和磁共振信号检测。

共振现象是通过应用射频磁场,使能级间产生共振转变。

射频磁场的频率必须与能级间的能量差匹配。

这种能量差取决于原子核的屏蔽效应和局部磁场。

当射频磁场频率匹配共振条件时,原子核吸收能量并发生能级转变。

吸收的能量使原子核从高能级跃迁到低能级,形成一系列的核磁激发态。

磁共振信号检测基于核自旋的预处理与检测过程。

射频磁场激发原子核后,它们返回稳定态的过程中会发出磁共振信号。

这些信号被检测器捕获并通过信号处理系统转换为可视化图像或光谱。

核磁共振的应用广泛涉及医学诊断、化学分析、物质结构研究等领域。

核磁共振波谱法讲解专家讲座

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核磁共振波谱法 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR )
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简写为NMR), 是指核磁矩不为零核,在外磁场作用下,核自旋能级发 生塞曼分裂(Zeeman Splitting),共振吸收某一特定频 率射频(radio frequency 简写为rf或RF)辐射物理过程
能级上核数目相等——饱和——从低到高与从高到低能级跃迁数目相同 ——体系净吸收为0——共振信号消失!
幸运是,上述“饱和”情况并未发生!
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2. 弛豫 何为弛豫?
处于高能态核经过非辐射路径释放能量而及时返回到低能态过程称 为弛豫。因为弛豫现象发生,使得处于低能态核数目总是维持多数,从 而确保共振信号不会中止。弛豫越易发生,消除“磁饱和”能力越强。
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• 当核质子数 Z 和中子数 N 均为偶数时,I=0 或 P=0, 该原子核将没有自旋现象发生。如12C,16O, 32S等核没有自旋。
• 当 Z 和 N 均为奇数时,I=整数,P0,该类核有自旋, 但NMR 复杂,通常不用于NMR分析。如2H,
14N等
• 当 Z 和 N 互为奇偶时,I=半整数,P0,能够用于
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第4页Βιβλιοθήκη NMR介绍1. 普通认识 ➢ NMR是研究处于磁场中原子核对射频辐射(Radio-frequency Radiation)
吸收,它是对各种有机和无机物成份、结构进行定性分析最强 有力工具之一,亦可进行定量分析。

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy ( NMR )

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy ( NMR )

Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy ( NMR )核磁共振光譜儀之源起核磁共振(nuclear magnetic resonance),核是指原子核,磁是指磁場,主要是指有磁矩的原子核在靜磁場中,受電磁波的影響而產生的共振躍遷現象。

1945 年12 月,美國哈佛大學E.M. Purcell 等人,首先觀察到石蠟樣品中質子(即氫原子核)的核磁共振吸收信號々1946 年 1 月,美國史丹福大學 F. Bloch 研究小組在水樣品中也觀察到質子的核磁共振信號。

Bloch 和Purcell 兩人由於這項成就,獲得了1952 年諾貝爾物理獎。

(12)核磁共振被證實之後,無數科學家加入研究的行列,使得此項技術迅速成為在物理、化學、生物、地質、醫學等領域研究之利器,尤其是應用在醫學診斷上的核磁共振顯像(magnetic resonance imaging,MRI),也就是俗稱的核磁共振斷層掃描,更是自X光發現以來,醫學診斷技術的重大進展。

(1)基本原理1924年物理學家鮑利(Wolfgang Pauli)提出〆物質中的原子核,在某些狀況下,會以角動量運動,即自旋的方式,而變得有磁性(1)。

核磁共振光譜法是在探討物質與電磁波的作用時所分支出的一門學問。

將分子置入強大的外磁場中,核磁距與外加磁場相互作用,就會吸收(absorption)無線電波,這現象於1945年被F. Block與E. Purcell發現,並於1952年共同獲得諾貝爾獎(14)。

這種電磁波被吸收的現象主要來自於原子核能階的躍升,如Fig.1所示,即從低能階自旋翻轉(spin-flips)至較高能態,但處於高能階時較不穩定,會以光或能量的釋放回復至原來的狀態(即relaxation)(3)。

由於核磁共振的性質會隨核子種類、外加電場大小,或外圍電子雲及磁力線的總和而變化,因此針對同一種原子而言,其所吸收的無線電波頻率,便會隨原子本身在分子中所處環境的不同而變化,測量這種變化可加以推斷該原子於分子中所處的位置,及相鄰同種類原子間的距離,進而了解整個分子的結構。

核磁共振的原理

核磁共振的原理

核磁共振的原理1. 简介核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)是一种基于原子核磁矩的物理现象的研究方法。

它通过对样品中的核磁共振信号进行检测和分析,可以获得样品所含核素的信息,包括结构、化学环境和动力学等方面的信息。

核磁共振在化学、生物学、物理学等领域都有广泛的应用,被认为是一种非常强大的分析工具。

2. 核磁共振的基本原理核磁共振是基于原子核内部具有自旋的性质而产生的。

原子核内的带电粒子(质子、中子)都具有自旋角动量,这使得它们就像是一个微小的带电磁铁。

当置于外磁场中时,核磁矩将朝向外磁场方向对齐或反对齐。

外磁场的存在使得核磁矩有两个能量状态,即朝向与反向磁场的状态,两个状态之间的能量差称为能级间隔。

核磁共振的原理在于,外加弱射频(RF)场的作用下,可以使处于低能级的核磁矩跃迁到高能级,形成共振吸收。

核磁共振信号的产生是基于这种能级跃迁的原理。

3. 核磁共振仪的基本结构核磁共振仪是进行核磁共振实验的主要设备,它的基本结构如下:•磁体:负责产生外磁场,通常为超导磁体,提供强大而稳定的磁场。

•射频系统:产生射频脉冲场,用于激发和检测核磁共振信号。

•梯度线圈:提供梯度磁场,用于在空间上创造磁场非均匀性,实现空间解析度。

•探测线圈:用于探测样品中的核磁共振信号,将其转化为电信号。

核磁共振仪通常采用磁体产生强大的恒定外磁场,并通过射频系统在样品中产生一个既稳定又均匀的弱射频场,从而实现核磁共振信号的产生和检测。

4. 核磁共振信号的产生和检测核磁共振信号的产生是通过控制样品中的核磁矩的磁矩方向和能级分布来实现的。

当样品中的核磁矩受到射频场作用时,会发生能级跃迁并产生共振吸收现象。

核磁共振信号的检测是通过接收样品中产生的共振信号并将其转换为电信号来实现的。

探测线圈的设计和放置位置非常重要,它可以增强信号的灵敏度和空间分辨率。

对于固体样品,由于核磁共振信号强度较弱且容易受到外界干扰,常常采用多种技术和方法来增强信号的强度和稳定性,如动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization, DNP)和魔角旋转(Magic Angle Spinning, MAS)等。

Nuclear magnetic resonance(核磁共振)

Nuclear magnetic resonance(核磁共振)

Applicaton in Medical Science
• 1. Detecion and diagnosis of heart diseases, cerebrovascular accident and ascular diseases. 侦测及诊断心脏疾病、脑血管意外及血管疾病
• 2. Detecion and diagnosis of organ diseases in chest and abdominal cavity 胸腔及腹腔的器官疾病的侦测与诊断
• nuclei ['njuːklɪaɪ] 原子核 (nucleus的复数形式) • re-emit [rii'mit] 重发射 • isotope ['aɪsətəʊp] 同位素
• A key feature of NMR is that the resonance frequency(共振频率) of a particular substance is directly proportional to the strength of the applied magnetic field. It is this feature that is exploited in imaging techniques; if a sample is placed in a non-uniform magnetic field then the resonance frequencies of the sample's nuclei depend on where in the field they are located.
• spectroscopy [spek'trɒskəpɪ] 光谱学
Magnetic resonance imaging (NRI)

核磁共振中常用的英文缩写和中文名称

核磁共振中常用的英文缩写和中文名称

NMR中常用的英文缩写和中文名称收集了一些NMR中常用的英文缩写,译出其中文名称,供初学者参考,不妥之处请指出,也请继续添加.相关附件NMR中常用的英文缩写和中文名称APT Attached Proton Test 质子连接实验ASIS Aromatic Solvent Induced Shift 芳香溶剂诱导位移BBDR Broad Band Double Resonance 宽带双共振BIRD Bilinear Rotation Decoupling 双线性旋转去偶(脉冲)COLOC Correlated Spectroscopy for Long Range Coupling 远程偶合相关谱COSY ( Homonuclear chemical shift ) COrrelation SpectroscopY (同核化学位移)相关谱CP Cross Polarization 交叉极化CP/MAS Cross Polarization / Magic Angle Spinning 交叉极化魔角自旋CSA Chemical Shift Anisotropy 化学位移各向异性CSCM Chemical Shift Correlation Map 化学位移相关图CW continuous wave 连续波DD Dipole-Dipole 偶极-偶极DECSY Double-quantum Echo Correlated Spectroscopy 双量子回波相关谱DEPT Distortionless Enhancement by Polarization Transfer 无畸变极化转移增强2DFTS two Dimensional FT Spectroscopy 二维傅立叶变换谱DNMR Dynamic NMR 动态NMRDNP Dynamic Nuclear Polarization 动态核极化DQ(C) Double Quantum (Coherence) 双量子(相干)DQD Digital Quadrature Detection 数字正交检测DQF Double Quantum Filter 双量子滤波DQF-COSY Double Quantum Filtered COSY 双量子滤波COSYDRDS Double Resonance Difference Spectroscopy 双共振差谱EXSY Exchange Spectroscopy 交换谱FFT Fast Fourier Transformation 快速傅立叶变换FID Free Induction Decay 自由诱导衰减H,C-COSY 1H,13C chemical-shift COrrelation SpectroscopY 1H,13C化学位移相关谱H,X-COSY 1H,X-nucleus chemical-shift COrrelation SpectroscopY 1H,X-核化学位移相关谱HETCOR Heteronuclear Correlation Spectroscopy 异核相关谱HMBC Heteronuclear Multiple-Bond Correlation 异核多键相关HMQC Heteronuclear Multiple Quantum Coherence异核多量子相干HOESY Heteronuclear Overhauser Effect Spectroscopy 异核Overhause效应谱HOHAHA Homonuclear Hartmann-Hahn spectroscopy 同核Hartmann-Hahn谱HR High Resolution 高分辨HSQC Heteronuclear Single Quantum Coherence 异核单量子相干INADEQUATE Incredible Natural Abundance Double Quantum Transfer Experiment 稀核双量子转移实验(简称双量子实验,或双量子谱)INDOR Internuclear Double Resonance 核间双共振INEPT Insensitive Nuclei Enhanced by Polarization 非灵敏核极化转移增强INVERSE H,X correlation via 1H detection 检测1H的H,X核相关IR Inversion-Recovery 反(翻)转回复JRES J-resolved spectroscopy J-分解谱LIS Lanthanide (chemical shift reagent ) Induced Shift 镧系(化学位移试剂)诱导位移LSR Lanthanide Shift Reagent 镧系位移试剂MAS Magic-Angle Spinning 魔角自旋MQ(C) Multiple-Quantum ( Coherence ) 多量子(相干)MQF Multiple-Quantum Filter 多量子滤波MQMAS Multiple-Quantum Magic-Angle Spinning 多量子魔角自旋MQS Multi Quantum Spectroscopy 多量子谱NMR Nuclear Magnetic Resonance 核磁共振NOE Nuclear Overhauser Effect 核Overhauser效应(NOE)NOESY Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy 二维NOE谱NQR Nuclear Quadrupole Resonance 核四极共振PFG Pulsed Gradient Field 脉冲梯度场PGSE Pulsed Gradient Spin Echo 脉冲梯度自旋回波PRFT Partially Relaxed Fourier Transform 部分弛豫傅立叶变换PSD Phase-sensitive Detection 相敏检测PW Pulse Width 脉宽RCT Relayed Coherence Transfer 接力相干转移RECSY Multistep Relayed Coherence Spectroscopy 多步接力相干谱REDOR Rotational Echo Double Resonance 旋转回波双共振RELAY Relayed Correlation Spectroscopy 接力相关谱RF Radio Frequency 射频ROESY Rotating Frame Overhauser Effect Spectroscopy 旋转坐标系NOE谱ROTO ROESY-TOCSY Relay ROESY-TOCSY 接力谱SC Scalar Coupling 标量偶合SDDS Spin Decoupling Difference Spectroscopy 自旋去偶差谱SE Spin Echo 自旋回波SECSY Spin-Echo Correlated Spectroscopy自旋回波相关谱SEDOR Spin Echo Double Resonance 自旋回波双共振SEFT Spin-Echo Fourier Transform Spectroscopy (with J modulation) (J-调制)自旋回波傅立叶变换谱SELINCOR Selective Inverse Correlation 选择性反相关SELINQUATE Selective INADEQUA TE 选择性双量子(实验)SFORD Single Frequency Off-Resonance Decoupling 单频偏共振去偶SNR or S/N Signal-to-noise Ratio 信/ 燥比SQF Single-Quantum Filter 单量子滤波SR Saturation-Recovery 饱和恢复TCF Time Correlation Function 时间相关涵数TOCSY Total Correlation Spectroscopy 全(总)相关谱TORO TOCSY-ROESY Relay TOCSY-ROESY接力TQF Triple-Quantum Filter 三量子滤波WALTZ-16 A broadband decoupling sequence 宽带去偶序列WATERGATE Water suppression pulse sequence 水峰压制脉冲序列WEFT Water Eliminated Fourier Transform 水峰消除傅立叶变换ZQ(C) Zero-Quantum (Coherence) 零量子相干ZQF Zero-Quantum Filter 零量子滤波T1 Longitudinal (spin-lattice) relaxation time for MZ 纵向(自旋-晶格)弛豫时间T2 Transverse (spin-spin) relaxation time for Mxy 横向(自旋-自旋)弛豫时间tm mixing time 混合时间τ c rotational correlation time 旋转相关时间。

核磁共振 氢原子-概述说明以及解释

核磁共振 氢原子-概述说明以及解释

核磁共振氢原子-概述说明以及解释1.引言1.1 概述核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,简称NMR)是一种重要的物理现象和应用技术。

它基于原子核在外加磁场的作用下发生的一系列特定能级间的能量差跃迁和辐射吸收,能够提供有关物质分子结构、动力学行为以及它们与周围环境的相互作用等信息。

核磁共振技术的发展在许多领域都产生了广泛的应用,特别是在化学、物理、生物医学等领域。

在化学上,核磁共振通过分析分子中的原子核相互作用和化学环境,为确定分子结构提供了一种无破坏性的方法。

在物理上,核磁共振可以用来研究固体、液体和气体等材料的性质,揭示它们微观水平上的行为。

在生物医学中,核磁共振成为非常重要的成像技术,通过对人体内部组织和器官的核磁共振信号进行采集和分析,可以提供高分辨率的影像信息,帮助医生进行疾病的诊断和治疗。

而氢原子的核磁共振特性则是核磁共振技术中最为常见和重要的一种现象。

氢原子是宇宙中最常见的原子之一,具有最简单的原子结构,只有一个质子和一个电子。

由于质子具有核自旋,因此氢原子在外加磁场下可以产生明显的核磁共振信号。

这使得氢原子成为核磁共振技术中最广泛研究和应用的对象。

通过对氢原子的核磁共振信号的分析和解释,我们可以了解物质分子在不同环境中的化学性质、构象以及它们与其他分子之间的相互作用。

这对于药物设计、材料科学、生物化学等领域的研究和实践都具有重要的意义。

在本文中,我们将从核磁共振的基本原理和氢原子的核磁共振特性两个方面展开讨论。

首先,我们将介绍核磁共振的基本原理,包括能级跃迁、共振频率以及信号的采集和分析等核心内容。

然后,我们将深入探讨氢原子在核磁共振中的作用,包括氢原子核磁矩、化学位移以及磁共振成像等相关知识。

通过对核磁共振和氢原子核磁共振特性的详细介绍和分析,我们希望能够更好地理解和应用这一重要的科学技术,同时也展望核磁共振在科学研究中的未来发展和挑战。

接下来的章节将进一步探讨核磁共振在科学研究中的实际应用以及氢原子核磁共振的前景和问题。

磁共振成像

磁共振成像

磁共振成像核磁共振(nuclear magnetic resonance)是美国Stanford 大学物理化学家F. Bloch和Harvard 大学的E. Purcell1946 首先分别提出来的物理现象,因此而荣获1952年诺贝尔物理奖。

1971年,美国纽约州立大学下州医学中心的R. Damadian用动物实验结果证明恶性肿瘤和正常组织的NMR谱有明显的差别,提出了用NMR作医学成像的概念和方法。

1972年,进一步证明NMR可以用于医学诊断。

1973年,美国的P. Lauterbur发表了NMR成像原理的论文,引起广泛的重视,因为当时已经有了CT的商业用机,所以人们并不怀疑这种新的成像方法。

1977年,Nottinghan大学的Hinshow和Bottomly等人首先用这种技术获得人手腕的断面图;同年7月美国的Damadiam亦同时采用磁场聚焦法制成世界上第一台MRI扫描机,5000G,用液氦冷却超导磁铁,取得胸部横断面图像。

1978年,EMI公司的Clough首次得到头部断层图像。

1980年,在Fonar公司工作的Damadiam 研制出第一批商品化的永磁型扫描机,其型号为QED-280,很快又向市场推出QED- 3000型。

1982年6月,日本东芝公司完成了MRT-15A型样机的研制,于东芝中央医院作临床试验并收集数据,于1983年4月经日本卫生福利部批准向市场销售。

我国是在1986年开始安装第一台MRI扫描机,目前已经可以自行生产这种机器。

1985年底美国安装了371台,美国以外的国家安装了140台。

1996年全世界已有近万台投入使用,美国占有50%。

全世界制造MRI机的公司有33个,5个大公司控制了85%的国际市场,高中磁场产品的售价在100~200万美元。

磁共振成像与X线摄影和CT成像原理绝然不同,MRI涉及四个成像参数:自旋质子密度,T1弛豫时间常数,T2弛豫时间常数和流速(流空效应),它们对MRI图像的信号有重要的影响,可以发现人体化学与生理学的早期改变。

核磁的名词解释

核磁的名词解释

核磁的名词解释核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)是一种非常重要且广泛应用的科学技术。

它凭借对原子核磁矩的探测和分析,使得科学家们能够研究物质的结构和性质。

一、什么是核磁?核磁共振是基于原子核的性质而建立的一种谱学分析技术。

在一个恒定的磁场中,原子核会具有自旋,类似于地球自转。

由于自旋而产生的磁矩与原子核周围的环境会产生相互作用。

通过对这种相互作用的观察和分析,就可以得到关于原子核的信息。

二、核磁共振的基本原理核磁共振的基本原理可以简单概括为三个步骤:制备、激发和检测。

1. 制备:首先,将样品放入一个强磁场中,通常是一个恒定的外加磁场。

在这个强磁场中,不同的原子核会因为其自旋取向的不同而有不同的能级分裂。

2. 激发:在制备好的磁场中,在某个特定的能级之间进行能级跃迁,使得原子核从一个能级跃迁到另一个能级。

这个过程可以通过向样品中辐射射频脉冲来实现。

3. 检测:当原子核发生跃迁时,会释放能量。

这个能量可以被探测器捕捉,并转化成能够得到的信号。

通过分析和处理这个信号,可以了解原子核的组成和周围环境。

三、核磁共振的应用领域核磁共振在许多领域都有广泛的应用,以下列举几个主要领域的应用:1. 化学:核磁共振谱可以帮助化学家确定有机物分子的结构,提供它的有关信息,如官能团的存在和位置等。

这对于合成和分析有机化合物非常重要。

2. 材料科学:核磁共振谱可以帮助研究人员了解材料的结构和性质,例如表面的化学环境、材料的纳米结构以及材料的热力学性质等。

3. 生物医学:核磁共振成像技术(magnetic resonance imaging,MRI)是医学影像学中常用的技术之一,可以通过扫描人体内部显像,诊断和观察疾病,如肿瘤和器官功能障碍。

4. 地球科学:核磁共振谱对研究地球内部物质的结构、性质以及地质环境等方面非常有帮助,如研究岩石和土壤中的组成、地下水的运动和分布等。

5. 生物化学:核磁共振可以通过研究蛋白质、核酸以及其他生物大分子的结构和动力学,来帮助解析生物分子之间的相互作用和反应机制,从而为药物研发和进一步研究提供重要的信息。

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Solid State Nuclear Magnetic Resonance Determination of Protein OrientationBrian GustafsonREU ParticipantAdvisor: Dr. David WelikyThis report details the use of two FORTRAN computer programs to simulate the chemical shift and dipolar coupling of a peptide at various protein orientations. Examination of the plots created from these simulations provides information regarding protein structure as well as indications of the ability to predict orientation through NMR measurements of chemicals shifts and dipolar coupling.INTRODUCTIONNuclear Magnetic Resonance (NMR) is a property that can be classically thought of as a result of an associated current and magnetic moment associated with electrons and nuclei (Figure1). If you place this atom (or molecule) in a static unidirectional magnetic field, its magnetic moment (µ) will precess about the direction of the magnetic field B0 (Figure 2).Figure 1.Figure 2e-µNMR spectroscopy uses this property and others in order to learn about the composition and structure of various molecular samples.Solid state Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy is an approach to determining atomic-level structure and dynamics of macromolecular systems. One of themost exciting areas of current research is in the field of protein structure determination. This report details simulations relevant to determining peptide plane orientations in a protein. Interpretations of these simulations are also presented.EXPERIMENTALAt this time, most solid state NMR methods specifically require 13C labeled samples. For proteins and peptides (pieces of proteins) it is often convenient to dually 13C label the carbonyls (Figure 3) at adjacent residues in the protein backbone. (In chemistry, carbonyl carbons are those carbons of a molecule that are double bonded to oxygen). Often these samples are considered to be uniaxially oriented which means that the helix axis of a peptide chain is either parallel or perpendicular to the membrane normal.C ON HCC O NH φψPeptide PlanesFigure 3.Our research has focused on the dependence carbonyl chemical shifts and intercarbonyl dipolar coupling on both peptide secondary structure and absolute orientation in the magnetic field. To determine this dependence, two computer programs were created to simulate the full range of these values for a specifically doubly carbonyl labeled protein sample. We are particularly interested with how uniquely thesesimulations can be determined by NMR measurements of the chemical shift values from the two carbonyl carbons and the dipolar coupling between them.COMPUTER PROGRAM ONE: Chemical ShiftChemical shifts are small perturbations in the Nuclear Magnetic Resonance frequency due to induced electronic magnetic fields. A simple way to understand this iswith the following analogy. If you have a solenoidal magnetic field (the NMR magnet) and place within it a loop of wire that has current flowing through it, the moving charges within the large magnetic field generates another, smaller, magnetic field. The strength of this induced magnetic field is affected by the geometry of the loop or more precisely, its relative orientation to the external magnetic field. In our case the moving electrons in the atoms that form the peptide represent the current loop. Also, the orientations of the peptide planes represent the geometric orientation of the current loop, which affects the strength of the induced magnetic field.Using a model tripeptide, with two 13C labels at carbonyl sites in the peptide backbone, a FORTRAN program was designed to calculate these chemical shifts. In this molecule, 13C has been synthesized in place of the normal 12C. 13C labels are used because of the nuclear magnetic properties of the isotope. 12C has a spin of 0 and is non-magnetic, while 13C has spin ½ and is magnetic. The protein backbone is composed of a series of planer peptide bond units with relative orientations determined by ϕ and ψ (see figure 3).There already exist, in solid state NMR, methods for determining the secondary structure (ϕ, ψ) in these samples. Often the peptides or proteins are also oriented relative to some axis (for example a membrane normal). In this research the goal has been to ascertain whether solid state NMR measurements can be used to determine this orientation.Using this knowledge of secondary structure, the values for the chemical shift at any particular orientation can be calculated. In order to do that however, the 13C labeled carbons from each site must be transformed into a common laboratory (magnetic field)reference frame. A relation can be determined between a set of Euler angles (α1-2, β1-2, and γ1-2) that relate the chemical shift 13C of site one with the 13C of site two and the dihedral angles. Euler angles are a mathematical means of transforming from one reference frame to another. There are three axes in three-dimensional space and hence three Euler angles to transform them to new axes. Further relations can be made to express the site 13C’s to the laboratory reference frame by using a second set of Euler angles (β, γ). Through these coordinate transformations, and once in the laboratory frame, calculations can be made of the chemical shift of each site. These chemical shifts are measured as small perturbations in the NMR frequency.Using the computer program, it was possible to calculate the chemical shifts for both sites with variable (β, γ) of the second set of Euler angles for specific values of the dihedral angles, ϕ and ψ. This creates, for specific ϕ and ψ, a base of values for the chemical shifts that depend upon the peptide’s orientations with respect to the laboratory frame. The angles used for ϕ and ψ were –60 and –50 respectively. These values correspond to what is known as an α-helix. The α-helix is a common secondary structure and is defined by the hydrogen bonds that lie between residues in the polypeptide chain. COMPUTER PROGRAM TWO: Dipolar CouplingDipolar coupling results from the interaction of one magnetic dipole and the field of a nearby magnetic dipole. A measurable perturbation in the NMR frequency is proportional to the magnitude of the dipolar coupling. As with the chemical shift, the orientation of the carbonyl planes relative to each other as well as the external magnetic field affect the value of the dipolar coupling.A second program was created to calculate the dipolar coupling between the two carbonyl carbons in the same model tripeptide used above. Analytically, using a vector analysis approach to a solid geometry problem, the dipolar coupling can be readily calculated as a function of the Euler angles β and γ. The equation used for the dipolar coupling (D ) is as followswith r being the distance between the carbonyls and θ being the angle between the vector of r and the external magnetic field. The variable d is the dipolar constant specific to particular carbon nuclei.RESULTSUsing the data for ϕ and ψ of an α-helix, contour plots were created for eachsite’s values of the chemical shift and also for the dipolar coupling. Plots of the chemical shifts of site one and two (Figures 4 and 5 on the following page) as a function of β and γreveal several important features. Chemical shifts are measured in parts per million of the Larmor precession frequency of the nuclear magnetic moment. The chemical shift is proportional to the magnetic field, and so the ppm shifts are independent of the field intensity.()1cos 3223−=θrd DFigure 4.Figure 5.The important result of these chemical shift simulations is in information gained regarding helix orientation. If the helix axis is parallel to the magnetic field, then the chemical shifts of both site one and site two are approximately equal to each other and to σ22. σ22 is one of the three chemical shift principle values for the carbonyl sites and in a helix the σ22’s line up with the helix axis. Thus if the helix is parallel to the magnetic field the σ22 values will be dominant. If the helix is oriented perpendicular to the magnetic field direction, the chemical shifts of both sites can have a variety of values but are anti-correlated to each other. This anti-correlation is measurable by simple two–dimensional NMR.Again, we created a contour plot for the dipolar coupling as a function of β and γ(figure 6) showing the measurable frequency perturbation in kilohertz.Figure 6.Including an analysis of the dipolar coupling with the chemical shifts, it is apparent that it does not look at all like the chemical shift plots. This reveals additional structural information as the dipolar coupling has a different (β, γ) dependence.When the chemical shift of site two of the α-helix is compared to the chemical shift of site two in anther structure, such as a β-sheet (ϕ=-139°, ψ=135°), a large difference in the pattern is apparent (Figure 7.). This illustrates a large dependence of the chemical shift on secondary structure.Figure 7.CONCLUSIONSIt appears, from this research, that the chemical shifts and dipolar coupling do exhibit a dependence upon secondary structure and absolute orientation to the magnetic field. If uniqueness can be maintained though consideration of all three measurable values (the chemical shifts for both sites and the dipolar coupling), it will be possible to take these measurements from the NMR and use them to discover the planer orientations of the peptide. This information, along with the information gained about the structure from the plots may also be useful in orienting the entire α-helix to discover whether or not it is parallel or perpendicular to the membrane normal.AKNOWLEGEMENTSI would like to thank Dr. David Weliky for the opportunity to do this project and also for his guidance along the way. Also I would like to thank the rest of the students in Dr. Weliky’s research group for their help and camaraderie during my time here.REFERENCESR. Tycko et al. “Investigation of Molecular Structure in Solids by Two Dimensional NMR Exchange Spectroscopy with Magic Angle Spinning.” J. Chem. Phys.105(18). 8 Nov. 1996.D. Weliky. Various discussions between June and August 1998。

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