核磁共振基本原理PPT课件
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磁共振成像基本原理卫生部北京医院杨正汉PPT课件
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•处于高能状态太费劲，并非人人都能做到
•处于低能状态的略多一点，007
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进入主磁场后磁化矢量的影响因素
温度、主磁场强度、质子含量
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•温度
•温度升高，磁化率降低
•主磁场场强
•场强越高，磁化率越高，场强几乎与磁化 率成正比
•质子含量
•质子含量越高，与主磁场同向的质子总数 增加（磁化率不变）
99.0 1.6 0.35 0.1 0.078 0.045 0.031 0.015 0.0066
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相对磁化率
1.0 0.083 0.066 0.016 0.093 0.0005 0.029 0.096 0.83
•人体内有无数个氢质子（每毫升水含氢 质子3×1022） •每个氢质子都自旋产生核磁现象
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梯度、梯度磁场
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梯度磁场的产生
Z轴方向梯度磁场的产 生
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X、Y、Z轴上梯度磁场的产生
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•梯度线圈性能指标
–梯度场强 25 / 60mT/m –切换率 120 / 200mT/m.s
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梯度场强（mT/M）＝梯度场两端的磁场强度差值/梯度场的长度
磁共振基本原理PPT课件
第36页/共54页
不同组织不同的Ｔ2弛豫时间
第37页/共54页
第38页/共54页
第39页/共54页
基本原理
第40页/共54页
第41页/共54页
T1、T2加权成像
第42页/共54页
MRI空间定位
第43页/共54页
层面层厚的选择
第44页/共54页
频率编码
第45页/共54页
相位编码
第46页/共54页
第24页/共54页
MRI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
第25页/共54页
第26页/共54页
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第28页/共54页
第29页/共54页
第30页/共54页
第31页/共54页
什么是弛豫？？？
第32页/共54页
第33页/共54页
T1弛豫是高能级质子的能量释放回到低能状态 Ｔ１值描述组织Ｔ１弛豫的快慢
第6页/共54页
MRI成像基本 原理
MRI一般由以下几部分构成： ——主磁体 ——梯度系统 ——脉冲系统 ——计算机系统 ——其他辅助设备
第7页/共54页
Part
01
主磁体
磁场强度 磁场均匀性
第8页/共54页
磁场强度单位
第9页/共54页
磁场强度单位
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Part
不同组织不同的Ｔ2弛豫时间
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基本原理
第40页/共54页
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T1、T2加权成像
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MRI空间定位
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层面层厚的选择
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频率编码
第45页/共54页
相位编码
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MRI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
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什么是弛豫？？？
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T1弛豫是高能级质子的能量释放回到低能状态 Ｔ１值描述组织Ｔ１弛豫的快慢
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MRI成像基本 原理
MRI一般由以下几部分构成： ——主磁体 ——梯度系统 ——脉冲系统 ——计算机系统 ——其他辅助设备
第7页/共54页
Part
01
主磁体
磁场强度 磁场均匀性
第8页/共54页
磁场强度单位
第9页/共54页
磁场强度单位
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Part
核磁共振基本知识ppt课件
信号裂分的数目和相对强度
精选课件PPT
48
氢核间的耦合类型
HH (a) H H
(d)
H H
(b) H
H (e)
H
H
• 2J(a)
(c)
• 3J(b)
H
• 4J(c)
• 苯环上的质子耦合(d-f)
H (f)
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49
典型有机物的质子耦合常数
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50
核磁共振碳谱
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51
13C NMR谱与1H谱的对比
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52
几种常见碳谱
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53
① 宽带去偶
使用一个高功率频率范围较宽的可以覆盖全部质子 Larmor频率范围的去偶场，使样品中所有1H全部共 振→饱和→去偶——使每一个C都出现一个S峰。
➢ 每一种化学等价的碳原子只有一条谱线
➢ 由于有NOE作用使得谱线增强，信号更易得到
4.屏蔽效应－化学位移
氢原子核的外面有电子，它们对磁场的磁力 线有排斥作用。对原子核来讲，周围的电子起了 屏蔽（Shielding）效应。核周围的电子云密度越 大，屏蔽效应就越大，要相应增加磁场强度才能 使之发生共振。核周围的电子云密度是受所连基 团的影响，故不同化学环境的核，它们所受的屏 蔽作用各不相同，它们的核磁共振信号亦就出现 在不同的地方。
核磁共振原理及图谱分析技巧ppt课件
• NMR：磁性核受幅射而发生跃迁所形成的吸收光谱。 是研究分子结构、构型构象等的重要方法。
核磁共振的研究对象：磁性核
磁性核：具有磁矩的原子核。
磁矩是由于核的自旋运动产生的。
并非所有同位素的原子核都具有自旋运动。
原子核的自旋运动与自旋量子数（I）有关。
编辑版pppt
2
自旋量子数 I 值与原子核的质量数A和核电荷数 Z （质子数或原子序数）有关。
编辑版pppt
15
N
hn
N+
Relaxation
编Fra Baidu bibliotek版pppt
16
二、核磁共振仪
磁体：永久磁体、电磁体 (低频谱仪) 超导磁体（高频谱仪）
射频频率：60，80，100，300，400，600MHz 射频源：连续波波谱仪，脉冲傅立叶变换波谱仪
编辑版pppt
17
脉冲傅立叶变换核磁共振仪 — 固定磁场：超导磁体（含铌合金在液氮温度下
• 核外电子云密度低，屏蔽作用小(σ值小) ，核的
共振吸收向低场（或高频）移动，化学位移增大。
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23
3.3 化学位移的表示方法：
化学位移的差别很小，精确测量十分困难，并因仪器 不同（Bo）而不同，现采用相对数值。
规定：以四甲基硅（TMS）为标准物质，其化学位移为零， 根据其它吸收峰与零点的相对距离来确定化学位移值。
核磁共振ppt课件
课件2021
32
精选ppt
2024/2/24
课件2021
33
3.氢键效应
2024/2/24
磁旋比； H0外磁场强度
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课件2021
8
H0
P
1H E2 =+ （h/4 ） H0
E
E1 =－ （h/4 ） H0
E= E2 － E1 = （h/2 ） H0 发生核磁共振时： E= h 0
共振频率 0 = （1/2 ） H0
由此可见，核磁共振吸收频率仅和外磁场强度、
m可以取值： I， I－1…..－I，
外磁场方向有（2I+1）种能 级。
精选ppt
2024/2/24
课件2021
7
o P
(1)与外磁场平行，能量低，
磁量子数ｍ＝I＝＋1/2;
H0
(2)与外磁场相反，能量高，
磁量子数ｍ＝－I＝ －1/2;
o P
(3)自旋角动量P在外磁场的 分量为：Pz＝h m
2
分裂的能级为：E =－uz H0＝－m （h/2 ） H0
第7章 核磁共振分析
(nuclear magnetic resonance spectroscopy： NMR )
7.1 核磁共振波谱 7.2 1H-核磁共振波谱 7.3 核磁共振谱在材料分析中的应用
核磁共振基本原理课件
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。
应用领域的拓展与深化
生物医学应用
深入研究核磁共振在生物医学领域的应用，如医学诊断、 药物研发、生物组织研究等，以提高相关领域的研究水平 和治疗效果。
环境监测与安全检测
拓展核磁共振在环境监测和安全检测领域的应用，如水质 检测、化学物质检测、危险品检测等，以提高环境安全和 公共安全保障能力。
农业与食品工业
实验设备的改进与优化
1 2
高磁场强度核磁共振谱仪
研究和开发高磁场强度的核磁共振谱仪，以提高 谱分辨率和灵敏度，为科学研究提供更准确的数 据。
微型化核磁共振设备
研究和开发微型化的核磁共振设备，使其更适用 于临床应用和便携式检测。
3
自动化和智能化核磁共振设备
研究和开发自动化和智能化的核磁共振设备，提 高设备的操作简便性和测量效率。
在医学领域的应用
人体组织成像
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。
应用领域的拓展与深化
生物医学应用
深入研究核磁共振在生物医学领域的应用，如医学诊断、 药物研发、生物组织研究等，以提高相关领域的研究水平 和治疗效果。
环境监测与安全检测
拓展核磁共振在环境监测和安全检测领域的应用，如水质 检测、化学物质检测、危险品检测等，以提高环境安全和 公共安全保障能力。
农业与食品工业
实验设备的改进与优化
1 2
高磁场强度核磁共振谱仪
研究和开发高磁场强度的核磁共振谱仪，以提高 谱分辨率和灵敏度，为科学研究提供更准确的数 据。
微型化核磁共振设备
研究和开发微型化的核磁共振设备，使其更适用 于临床应用和便携式检测。
3
自动化和智能化核磁共振设备
研究和开发自动化和智能化的核磁共振设备，提 高设备的操作简便性和测量效率。
在医学领域的应用
人体组织成像
核磁共振讲义核磁共振(共59张PPT)
若考虑 C1上的平伏氢（Heq）和直立氢（Hax），C1—C6键与 C1—C2键均分对它们产生屏蔽和去屏蔽作用，两种作用相互抵销。
2D 与1H 的耦合很小，主要出现在氘代溶剂中。
当体系中存在多种活泼氢时，同样也只能观测到一个平均的活泼氢信号。
碳碳单键是碳原子 sp3杂化轨道重叠而成的，而碳碳双键和三键分别是 sp2和 sp杂化轨道形成的。
到的只是一个平均信号； 若交换速度远慢于仪器时 标，仪器能检测某一瞬间 的现象。
酮-烯醇式互变
受阻旋转
环的翻转
环己烷的直立键和平伏键的H值 不同 。在室温下环己烷的椅式构象发生快 速翻转，每个氢在平伏和直立两种位 置上交换，实际上只得到一个平均信 号。随温度的降低，翻转速度减慢， 直立和平伏质子的信号逐渐分开。
溶剂效应
• 同一化合物在不同溶剂中的化学位移会有所差别，这种由于溶质分 子受到不同溶剂影响而引起的化学位移变化称为溶剂效应。
• 溶剂效应主要是因溶剂的各向异性效应或溶剂与溶质之间形成氢键而产 生的。
• 由于存在溶剂效应，在查阅或报道化合物的核磁共振数据时应该注 意标明测试时所用的溶剂。如果使用的是混合溶剂，则还应说明两 种溶剂的比例。
质子间相隔的4个单键呈“W”或“M”型的固定架，可以观察到强的偶合
影响质子化学位移的因素
3JH,H=J180cos2 -C (90
核磁共振ppt课件
（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，…….
2020/4/16
.
（3） 射频信号接受器
7.1.2 核磁共振波谱仪 nuclear magnetic resonance spectrometer
2020/4/16
.
7.1.1 核磁共振基本原理：
（生1磁）场原，子具核有带磁有矩正电 ，自旋时产
（2）在很强的外磁场中，具有核
磁矩的原子核产生磁能级分裂，
分裂成两个或更多的量子化能级
（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。
（检测器）：当质子的磁能 级差与辐射频率相匹配时， 发生能级跃迁，吸收能量， 在感应线圈中产生毫伏级信 号。
（4）探头：有外径5mm的玻璃样品管座, 发射线圈，接收
线圈，预放大器和变温元件等。样品管座处于线圈的中心， 测量过程中旋转, 磁场作用均匀。发射线圈和接收线圈相互 垂直。
2020/4/16
.
2020/4/16
Fra Baidu bibliotek
（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，…….
2020/4/16
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（3） 射频信号接受器
7.1.2 核磁共振波谱仪 nuclear magnetic resonance spectrometer
2020/4/16
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7.1.1 核磁共振基本原理：
（生1磁）场原，子具核有带磁有矩正电 ，自旋时产
（2）在很强的外磁场中，具有核
磁矩的原子核产生磁能级分裂，
分裂成两个或更多的量子化能级
（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。
（检测器）：当质子的磁能 级差与辐射频率相匹配时， 发生能级跃迁，吸收能量， 在感应线圈中产生毫伏级信 号。
（4）探头：有外径5mm的玻璃样品管座, 发射线圈，接收
线圈，预放大器和变温元件等。样品管座处于线圈的中心， 测量过程中旋转, 磁场作用均匀。发射线圈和接收线圈相互 垂直。
2020/4/16
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2020/4/16
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磁共振成像基本原理PPT课件
伪影与干扰的识别与处理
运动伪影
由于患者运动造成的伪影是磁共振成像中常见的问题之一。为了减少运动伪影，需要确保患者在扫描过程中保持静止 ，并在必要时使用呼吸带等辅助设备。
化学位移伪影
化学位移伪影是由于不同组织中原子核的共振频率差异造成的。通过优化扫描参数和调整图像处理技术，可以减少化 学位移伪影对图像质量的影响。
决定了数据采集的速度，影响成像时间。
计算机系统与软件
数据采集
通过计算机系统控制，实时采集并处理数据。
图像重建
利用软件算法，将采集到的数据转换为图像。
系统集成
将各系统模块集成在一起，实现磁共振成像功能。
05
磁共振成像安全性与质 量控制
磁共振成像安全性
磁场安全
磁共振成像设备产生的磁场强大而稳定，需要确保磁场强 度在安全范围内，避免对周围环境和人体造成伤害。
参数优化
根据不同的扫描目标和需求，优化扫描序列中的参数，如磁场强度、射频脉冲的频率和持续时间等，以提高图像 质量和分辨率。
04
磁共振成像设备
磁体系统
01
02
03
磁体类型
超导磁体、永磁磁体和常 导磁体等。
磁场强度
磁场强度决定了成像质量， 通常在0.5-3.0特斯拉之间。
磁场均匀度
为了获得清晰的图像，需 要保持磁场均匀度在一定 范围内。
磁共振 ppt课件
像。
功能成像技术
扩散加权成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）：通过测量水分子的随机运 动来反映组织微观结构的变化，常用于脑部梗塞和肿瘤的诊断。
灌注加权成像（Perfusion Weighted Imaging，PWI）：通过测量组织内的血流灌 注情况来反映组织的生理功能，常用于脑部缺血性病变的诊断。
对某些人群不适用
由于磁共振成像需要使用强 磁场，对于体内植入金属异 物或起搏器等电子设备的人 群不适用。
06 磁共振的未来发展
技术创新与进步
更高分辨率成像
通过改进磁场强度和优化信号处理技术，实现更 高分辨率的磁共振成像，提高诊断的准确性。
实时成像技术
研究和发展实时成像技术，减少成像时间，提高 成像速度，满足临床对快速诊断的需求。
无害。
高软组织分辨率
磁共振成像能够清晰地显示软组织结构， 对于脑、关节、肌肉等部位的病变诊断具
有优势。
多参数成像
磁共振成像可以获取多种参数，如T1、T2 、质子密度等，从而提供丰富的诊断信息 。
功能成像
除了结构成像外，磁共振还可以进行功能 成像，如灌注成像和弥散成像，有助于疾 病的早期诊断和预后评估。
02 磁共振原理
核自旋与磁矩
核自旋
原子核具有自旋角动量，使得原 子核具有磁矩。
磁矩
原子核的磁矩与外界磁场相互作 用，产生能级分裂。
功能成像技术
扩散加权成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）：通过测量水分子的随机运 动来反映组织微观结构的变化，常用于脑部梗塞和肿瘤的诊断。
灌注加权成像（Perfusion Weighted Imaging，PWI）：通过测量组织内的血流灌 注情况来反映组织的生理功能，常用于脑部缺血性病变的诊断。
对某些人群不适用
由于磁共振成像需要使用强 磁场，对于体内植入金属异 物或起搏器等电子设备的人 群不适用。
06 磁共振的未来发展
技术创新与进步
更高分辨率成像
通过改进磁场强度和优化信号处理技术，实现更 高分辨率的磁共振成像，提高诊断的准确性。
实时成像技术
研究和发展实时成像技术，减少成像时间，提高 成像速度，满足临床对快速诊断的需求。
无害。
高软组织分辨率
磁共振成像能够清晰地显示软组织结构， 对于脑、关节、肌肉等部位的病变诊断具
有优势。
多参数成像
磁共振成像可以获取多种参数，如T1、T2 、质子密度等，从而提供丰富的诊断信息 。
功能成像
除了结构成像外，磁共振还可以进行功能 成像，如灌注成像和弥散成像，有助于疾 病的早期诊断和预后评估。
02 磁共振原理
核自旋与磁矩
核自旋
原子核具有自旋角动量，使得原 子核具有磁矩。
磁矩
原子核的磁矩与外界磁场相互作 用，产生能级分裂。
核磁共振MRI基本原理及读片 ppt课件
磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging ,MRI） 分子影像学（Molecular Imaging）21世纪最前沿课题
技术： PET或PET-CT、MR、CT、光学成像（生物发光、荧光）
信息放射学系统（ radiology information system)
图像存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System, PACS)
计算X线摄影 (computed radiography，CR) 数字X线摄影 （Digital radiography，DR) X线CT (computed Tomography， CT) 数字减影血管造影 （Digital Subtraction Angiography， DSA ） 介入放射学 （interventional radiology) 超声成像（Ultrasonic Imaging）
ppt课件
按照单一核子 进动原理,质子 群在静磁场中 形成的宏观磁 化矢量M 14
B0
Z MZ Y X
Z
Y MXY
X
A
在这一过程中，产生能量
B
A:施加90度RF脉冲前的磁化矢量Mz B:施加90度RF脉冲后的磁化矢量 Mxy.并以Larmor频率横向施进 C:90度脉冲对磁化矢量的作用。即M以 螺旋运动的形式倾倒到横向平面 C
核磁共振基本原理PPT课件
一.基本原理
1．原子核的自旋:atomic nuclear spin
wenku.baidu.com
原子核和电子一样, 存在自旋.从而有自旋角 动量(ρ)和磁矩μ
如果放在外磁场中,
旋进轨道
自旋轴 自旋的质子
H0
2024/6/22
This paper mainly introduces the design of an intelligent temperature control sy stem which realizes the function of temperature measurement and control by using single bus digital temperature sensor DS18B20 and single chip microcomputer. The core components of the sy stem are AT89C51 microcontroller and DS18B20 temperature sensor.
能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij e x E p ik E T j e
x p E e x h p
k T k 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 .率 6 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
1．原子核的自旋:atomic nuclear spin
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原子核和电子一样, 存在自旋.从而有自旋角 动量(ρ)和磁矩μ
如果放在外磁场中,
旋进轨道
自旋轴 自旋的质子
H0
2024/6/22
This paper mainly introduces the design of an intelligent temperature control sy stem which realizes the function of temperature measurement and control by using single bus digital temperature sensor DS18B20 and single chip microcomputer. The core components of the sy stem are AT89C51 microcontroller and DS18B20 temperature sensor.
能级分布与弛豫过程
不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij e x E p ik E T j e
x p E e x h p
k T k 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 .率 6 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
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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（重要） 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。
02:12:38
二、 核磁共振现象
I
3 2
,11B5
,
35
Cl17
,
I
5 2
,17
O8
12C6 ,16O8 ,32S16
偶数
奇数
1，2，3……
I 1, 2H1 ,14N 7 , I 3,10B5
02:12:38
讨论:
(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;
02:12:38
自旋核在磁场中的行为
B0
P
1H E2 =+ （h/4 ） B0
E
E1 =－ （h/4 ） B0
磁旋比； B0外磁场强度 E= E2 － E1 = （h/2 ） B0 发生核磁共振时： E= h 0 共振频率 0 = （1/2 ） B0
第六章
一、原子核的自旋
核磁共振波谱
atomic nuclear spin 二、核磁共振现象
分析法
nuclear magnetic resonance
三、核磁共振条件
nuclear magnetic resonance
spectroscopy; NMR
condition of nuclear magnetic resonance
总结
（1）在相同 B0 下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。
例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ， 13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的 1/8 左右。 （2）对同一种核， 一定，当B0 不变时，共振频率不变； 当B0 改变时，共振频率也随之而变。
02:12:38
( 核磁共振现象)
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；
0 = 20 = B0 磁旋比； B0磁感强度；
两种进动取向不同的氢核之 间的能级差：
E = B0 （磁矩）
02:12:38
z
z
z
m=1/2 m=1
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很象
磁棒，在外加磁场下，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核才具有磁矩
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
1 2
,1H
1
,
13C6 ,19 F9 ,15N 7
02:12:38
1.00 1.08 1.05
1.05 1.08 1.09
6.02
3.34 1.13
1.13 2.29 1.13 1.12 1.11
8.74
8.34 8.29 8.27
7.52 7.51 7.36 7.35 7.3wenku.baidu.com 7.30 7.28 7.27
4.93
3.94 3.79 3.33 3.33 3.33 3.08 3.06 3.05 3.03 2.92 2.91 2.89 2.88 2.86 2.82 2.78 2.33 2.31 2.08 2.07 2.07
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+B10）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
质谱给出分子量为269 分子式为:C17H17N3O
1H
应用实例
NMR方法
（1）在很强的外磁场中，某些磁 性原子核可以分裂成两个或更多
的量子化能级。
（2）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 NMR 吸收。
02:12:38
NMR的形成
m=2
B0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
I=1/2 I=1
I=2
1H
E2 =+ B0
B0
r
P
E = E2－E1 = 2 B0 E1 =－ B0
02:12:38
静磁场(B0)
E
NMR的形成
1H splitting 13C splitting E
B0
E = hB0/2
02:12:38
第一节
四、核磁共振波谱仪
核磁共振基本原理
principles of nuclear
nuclear magnetic resonance spectrometer
magnetic resonance
02:12:38
02:12:38
9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 ppm
P I (I 1) gN N ; N e 2mP 5.05081027 J T 1
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核具有不同的 磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。 N为核磁子。
02:12:38
（3） 与P方向平行。
1H 2.7927013C 0.70216 4:1
year 1961 1965 1969 1978 1978 1985 1988 1994 1995 1996 2000
02:12:38
Frequency(MHz)
60
100 220 200 360 500 600 750 500b 800 900
背景介绍
S/Na 6 30 80
300 800 3600 6000 9000 30000 30000
原子核
o P
I ≥ 1/2
P: 原子核的角动量 : 磁矩 o: 拉默尔频率 : 磁旋比
02:12:38
一、 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：
P I (I 1) h I (I 1)
2
I 为自旋量子数
（2）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：
(3)Ｉ＝1/2的原子核（重要） 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。
02:12:38
二、 核磁共振现象
I
3 2
,11B5
,
35
Cl17
,
I
5 2
,17
O8
12C6 ,16O8 ,32S16
偶数
奇数
1，2，3……
I 1, 2H1 ,14N 7 , I 3,10B5
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讨论:
(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;
02:12:38
自旋核在磁场中的行为
B0
P
1H E2 =+ （h/4 ） B0
E
E1 =－ （h/4 ） B0
磁旋比； B0外磁场强度 E= E2 － E1 = （h/2 ） B0 发生核磁共振时： E= h 0 共振频率 0 = （1/2 ） B0
第六章
一、原子核的自旋
核磁共振波谱
atomic nuclear spin 二、核磁共振现象
分析法
nuclear magnetic resonance
三、核磁共振条件
nuclear magnetic resonance
spectroscopy; NMR
condition of nuclear magnetic resonance
总结
（1）在相同 B0 下，不同的核，因磁旋比不同，发生共振的 频率不同，据此可以鉴别各种元素及同位素。
例如，在 2.3 T 的磁场中，1H 的共振频率为100 MHz ， 13C 的为 25 MHz 只是氢核的1/4，而 133Cs 的仅仅是氢核的 1/8 左右。 （2）对同一种核， 一定，当B0 不变时，共振频率不变； 当B0 改变时，共振频率也随之而变。
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( 核磁共振现象)
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；
0 = 20 = B0 磁旋比； B0磁感强度；
两种进动取向不同的氢核之 间的能级差：
E = B0 （磁矩）
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z
z
z
m=1/2 m=1
可以产生能级分裂的核
若原子核存在自旋，产生核磁矩，这些 核的 行为很象
磁棒，在外加磁场下，核磁体可以有（2I+1）种取向。
只有自旋量子数（I）不为零的核才具有磁矩
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
1 2
,1H
1
,
13C6 ,19 F9 ,15N 7
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1.00 1.08 1.05
1.05 1.08 1.09
6.02
3.34 1.13
1.13 2.29 1.13 1.12 1.11
8.74
8.34 8.29 8.27
7.52 7.51 7.36 7.35 7.3wenku.baidu.com 7.30 7.28 7.27
4.93
3.94 3.79 3.33 3.33 3.33 3.08 3.06 3.05 3.03 2.92 2.91 2.89 2.88 2.86 2.82 2.78 2.33 2.31 2.08 2.07 2.07
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+B10）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
质谱给出分子量为269 分子式为:C17H17N3O
1H
应用实例
NMR方法
（1）在很强的外磁场中，某些磁 性原子核可以分裂成两个或更多
的量子化能级。
（2）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 NMR 吸收。
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NMR的形成
m=2
B0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
I=1/2 I=1
I=2
1H
E2 =+ B0
B0
r
P
E = E2－E1 = 2 B0 E1 =－ B0
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静磁场(B0)
E
NMR的形成
1H splitting 13C splitting E
B0
E = hB0/2
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第一节
四、核磁共振波谱仪
核磁共振基本原理
principles of nuclear
nuclear magnetic resonance spectrometer
magnetic resonance
02:12:38
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9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 ppm
P I (I 1) gN N ; N e 2mP 5.05081027 J T 1
磁旋比，即核磁矩与自旋角动量的比值，不同的核具有不同的 磁旋比，它是磁核 一个特征（固定）值。 N为核磁子。
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（3） 与P方向平行。
1H 2.7927013C 0.70216 4:1
year 1961 1965 1969 1978 1978 1985 1988 1994 1995 1996 2000
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Frequency(MHz)
60
100 220 200 360 500 600 750 500b 800 900
背景介绍
S/Na 6 30 80
300 800 3600 6000 9000 30000 30000
原子核
o P
I ≥ 1/2
P: 原子核的角动量 : 磁矩 o: 拉默尔频率 : 磁旋比
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一、 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：
P I (I 1) h I (I 1)
2
I 为自旋量子数
（2）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：