NMR基本理论
2-NMR原理-本科
的化学位移不同。
例如： CH3CH3 CH2=CH2 HC≡CH
δ(ppm):
0.86
5.25
1.80
sp
R
_
C C
H
_
电子环流
抗磁屏蔽
B0
乙炔的各向异性效应
乙烯的各向异性效应
sp2
B0
C
O
C
C
C
O (C)
双键碳上的质子
双键碳上的质子位于π 键环流电子产生的感生磁场与 外加磁场方向一致的区域（称为去屏蔽区），去屏蔽效应 的结果，使双键碳上的质子的共振信号移向稍低的磁场区
1945-1951年间，化学位移和自旋偶合的发现， NMR技术的化学应用。 1953年 世界上第一台商品化NMR谱仪.
1964年 世界上第一台超导磁场的NMR谱仪 1971年世界上第一台脉冲傅立叶变换NMR谱仪
•1976年R.R.Ernst发表了二维核磁共振的理论 和实验的文章。获得1991年诺贝尔化学奖
•出现不同的化学位移的原因：是各种氢核所 所处的化学环境不同，所受的屏蔽作用不同 造成的。
•化学环境：氢原子核的核外电子云以及该氢 原子邻近的其他原子对该核的影响
显然，核外电子云密度越大，屏蔽效应越强，要发
生共振吸收就势必增加外加磁场强度，共振信号将移向
高场区；反之，共振信号将移向低场区。
屏蔽效应 ，共振信号移向高场 去屏蔽效应 ，共振信号移向低场
化学位移
仪器频率
感生磁场 H'非常小，只有 外加磁场的百万分之几， 6 为方便起见，故× 10
试样 TMS 6 10 0
δ=
标
106
B δ= B标
固体核磁共振波谱基本理论19年3月
z
dz
dt z 0
T1
x
x
T2
y
y
d
dt
T12
NMR与其它光谱学测试技术对比 有机波谱四大谱
在使用波谱方法研究确定物质的精细结构信息时，应互相 参照、相互补充。
如与经典的四大谱分析技术来比较， • 按测定灵敏度排序：
质谱＞紫外光谱＞红外光谱＞核磁共振； • 按获取物质的精细结构信息量排序：
b.自旋－自旋弛豫（核自旋内部之间交换能量），与T2有关。 z
x
x
T2
y
y
3、射频辐射与共振吸收—NMR谱信号
射频辐射（Radio Frequency Radiation．RFR）是非电离辐射的一部分，是频 率在0.3MHz～3000MHz，波长范围0.1m～1000m的能量较小、波长较长的频 段 ， 位 于 微 波 和 无 线 电 波 区 间 。 核 磁 共 振 使 用 的 一 般 在 百 MHz ， 例 如 400MHz，600MHz，800MHz等
dJ
故有 dt
动量 P mV ，角动量 J r mV
d J d [r mV ] [r m dV ] r ma r F
dt dt
dt
自旋角动量矩 ：当物体自
身旋转时产生的动量矩。例
如陀螺在重力场中的自旋运
动。
垂直地面轴 陀螺
பைடு நூலகம்
• 在Z轴上投影 z 为一不变量，即常数值。
这就是核磁共振条件的表达式。
(2)存在微小扰动场时，核磁矩、磁化矢量的运动方程和形式
加垂直射频磁场时，核磁矩的运动
•
如果除了z轴方向的 交变场 H1 。
核磁共振技术的进展及应用前景
核磁共振技术的进展及应用前景随着科技的不断迭代和升级，各种新型技术层出不穷。
而核磁共振技术（NMR）作为一种重要的科学研究工具，已经得到广泛应用，特别是在生命科学和医学领域。
本文将从了解NMR的基本原理开始，梳理其在科学研究和医学应用方面的一些进展，以及它未来的发展趋势。
一、NMR基本原理核磁共振技术是一种基于磁共振现象的分析方法，其理论基础主要建立在两个方面：核自旋和外磁场。
不同的原子核有不同的能量状态或自旋取向，而这两种状态之间的能量差可以通过较强的磁场加热来实现，使核从基态跃迁到激发态。
当外磁场作用于原子核时，会引起围绕原子核的电子的磁场产生反应，从而改变电子环能级，使原子核有不同的磁矩，这种状态称为核磁共振。
通过核磁共振技术可以对固体、液体和气体等样品进行分析。
在这个过程中，将样品放置在一个较强的磁场中，然后用一些无线电波去激发原子核，激发后的原子核会在不同的时间段内逐渐回复到基态，过程中会发出一些电磁波。
这些电磁波可以通过一系列的电子设备进行检测和处理，从而得出样品的性质和组成。
二、NMR在科学研究中的应用1、物理化学方面核磁共振技术在物理化学研究方面发挥着重要的作用。
在材料学领域中，通过核磁共振技术可以了解物质的结构、动力学和几何构型，更加深入的了解材料的性质和特点。
例如，核磁共振技术可以帮助科学家更好的研究分子内部结构，从而对新型材料的制备、催化反应和超导材料等方面进行更深入的研究。
2、生命科学方面在生命科学和医学领域，核磁共振技术是一种非常有用的实验方法。
例如，在生物医学领域中核磁共振技术可以用于研究新药物和其它生物分子间的相互作用；在组织学领域中也可以通过核磁共振技术来研究组织中的细胞组分，从而更好的理解生物物质的组成和结构。
三、NMR在医学领域的应用1、诊断核磁共振技术在医学领域中的应用主要是用于诊断和治疗。
在医学成像方面，核磁共振技术可以生成高清晰度的图像，进而了解病变对组织结构的影响情况，给医师提供更全面的诊断信息。
有机化学中的核磁共振理论
有机化学中的核磁共振理论有机化学是研究碳氢化合物（有机化合物）的科学。
其中，核磁共振（NMR）是分析有机分子结构和化学键的常用方法之一。
本文将为读者详细介绍有机化学中的核磁共振理论。
一、核磁共振现象核磁共振是20世纪40年代初期发现的现象。
当分子的原子核被置于强磁场下时，它们会呈现不同频率的共振吸收现象。
核磁共振现象来源于原子核带有的自旋角动量。
原子核自旋产生一个磁矩，它会随着外加磁场的强度方向进行调整。
一般来说，不同类型的原子核（如氢、碳等）具有不同的自旋角动量和磁矩大小，因此它们会呈现不同的共振吸收频率。
二、核磁共振谱当我们将样品置于强磁场下，并通过向样品中加入一定频率的电磁波来引起共振吸收现象，所有核对该频率会发生吸收，我们便会得到一个核磁共振谱。
核磁共振谱可显示出样品中各种核的相对数量，以及它们所在的结构上的化学环境。
三、化学位移核磁共振谱上的化学位移（chemical shift）是一个重要的参数。
化学位移是指分子内的不同核吸收电磁波频率的差异。
化学位移本质上是由于样品中的不同核处于不同的磁场环境中引起的。
不同的磁场环境可能来自于分子中毗邻的原子，对应键的性质，或者分子的化学环境。
因此，化学位移可以告诉我们关于分子结构和化学键的信息。
四、耦合常数在核磁共振谱中，同一分子中的相邻核之间可能存在耦合常数（coupling constant）。
耦合常数定义为相邻核之间的距离和化学键的性质引起的共振吸收频率差异。
通过分析耦合常数，我们可以推断出相邻核之间的分子肢解模式以及它们之间键的类型。
此外，耦合常数还可以用于确定分子的立体化学信息。
五、磁等效性磁等效性（magnetic equivalence）是指分子中所有的核（如氢、碳等）被分类为同一种类别的情况。
当两个核处于相同的磁场环境中时，它们会呈现相同的化学位移和吸收峰。
磁等效性可以帮助我们简化核磁共振谱的分析过程。
六、总结核磁共振是有机化学中主要的谱学方法之一。
磁共振成像原理
磁共振信号的探测，利用发电机的原 理，磁力线切割线圈，产生电流，把 动能转化为电能。
但是进入主磁场后人体组织产生的宏 观纵向磁化矢量保持稳定，其方向不 发生变化，不会切割接收线圈而产生 电信号，而如果组织中有一个旋转的 宏观横向磁化矢量，它切割线圈而产 生电信号，因此接收线圈能够探测到 的是旋转的宏观横向磁化矢量。
相位编码
经傅里叶变换后MR信号仅完成前后方向的空间信息编码，而左右方向 上并未实现。 和频率编码一样相位编码也使用梯度场，不同的是（1）梯度场施加方 向是在频率编码的垂直方向上，在临床上根据需要相位编码方向和频率 编码方向是可以互换的。（2）施加时刻不同，频率编码必须在信号采集 过程中同时施加，而相位编码必须在信号采集前施加，信号采集过程中 相位编码梯度场必须关闭。（3）一幅图像的每个MR信号的频率编码梯 度场方向和大小都是一样的，而各个MR信号的相位编码梯度场强度和 （或）方向是不同的。
偏转角度与射频脉冲能量有关，能
量越大偏转角度越大。如果射频脉
冲使宏观纵向磁化矢量偏转的角度 小于90°，称这种脉冲为小角度脉
冲。当射频脉冲的能量刚好可以使 宏观纵向磁化矢量偏转90°，即完 全偏转到X、Y平面并产生一个最大
的旋转宏观横向磁化矢量，我们称 该脉冲为90°脉冲。射频脉冲最大 可发射180°，将磁化矢量偏转至反 向。
人体组织进入主磁场后被磁化了，产 生了宏观的纵向磁化矢量，某一组织 （或体素）产生的宏观纵向矢量的大 小与其含有的质子数有关，质子含量 越高产生宏观纵向磁化矢量越大。但 是相对强度很大的主磁场来说组织产 生的宏观纵向磁化矢量是非常微小的， MR接收线圈不能检测到宏观纵向磁化 矢量，也就不能区分不同组织之间因 质子含量差别而产生的宏观纵向磁化 矢量的差别。
核磁共振光谱的原理
核磁共振光谱的原理核磁共振光谱，简称NMR，是一种分析化学中常用的非破坏性技术。
它基于原子或分子的核磁共振现象，通过测量核磁共振信号的强度和频率，得到样品中不同核的化学环境及其数量等信息。
核磁共振光谱的原理主要涉及核磁共振现象、核自旋、磁共振现象等。
本文将对核磁共振光谱的原理进行详细解析。
一、核磁共振现象核磁共振现象是物理学中的一种现象，它是原子核的原子核磁矩与外加磁场相互作用的结果。
在外加磁场的作用下，原子核会处于能量较低的基态或者激发态，不同核在磁场下的能量差异和跃迁导致核磁共振现象的出现。
核磁共振现象的存在可以通过核磁共振光谱的测量得到。
二、核自旋核自旋是核磁共振现象的基础，也是核磁共振光谱的理论基础之一。
核自旋指的是原子核的一个固有性质，表示核内部的质子和中子的自旋状态。
核自旋量子数用I表示，同一个原子中不同核的I值不同，常见的有I=1/2（例如氢（1H）核）、I=1（例如碳（13C）核）、I=3/2（例如氟（19F）核）等。
三、磁共振现象磁共振现象指的是原子核在外加静磁场和射频磁场作用下发生共振吸收和发射。
在核磁共振实验中，样品被置于静磁场中，使核在基态或者激发态中占据不同的能级，在此基础上加上一个与原子核自旋固有方向针对性的高频交变电磁场，当外加磁场（静磁场）强度满足磁场共振条件时，核能够吸收或发射一定频率的电磁波。
这就是核磁共振信号，信号强度和频率与样品中核的数量和周围化学环境有关。
四、核磁共振谱核磁共振谱是一种通过核磁共振光谱技术得到的谱图，它是通过测量样品中核吸收或发射的共振信号所得到的。
核磁共振谱是一种通常用于分析样品组成的技术，可以用以确定分子中不同原子核的数量和化学环境，因此被广泛应用于化学、生化、药物学等领域。
根据谱图形状和位置等特征，可以进一步分析样品的结构和组成等信息。
五、结论核磁共振光谱是一种利用原子核磁共振现象、核自旋、磁共振现象等原理得到的分析化学技术。
通过测量核磁共振信号的强度和频率等参数，可以得到样品中核的数量和化学环境等信息。
核磁共振法的基本原理是什么
核磁共振法的基本原理是什么？在材料研究中的应用如何？１、核磁共振（ＮＭＲ）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L表示，L具有方向性，L=γhI, h是普朗克常数, I为自旋量子数，简称自旋。
旋磁比γ实际上是原子核磁性大小的度量，γ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γ值最大(42.6 MHz /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=2πγ。
式中ω为角频率,γ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,32S等, I=½的原子核是NMR中研究得最多的核,如:1H,13C,19F,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。
图1为核磁共振现象的装置示意图:采用调节入射电磁波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。
核磁共振谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器,主要由磁铁、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。
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。
核磁共振简称NMR是原子核在外加磁场的作用下
9 饱和与驰豫
饱和：如高能态核无法返回低能态，那么，随着跃迁的不断进 行，处于低能态的核数目与高能态的核数目相等，这时，1H－ NMR信号逐渐减弱至消失，这种现象称为饱和。
驰豫：可以通过非辐射方式从高能态转变成低能态，这种过程 称为驰豫。
纵向驰豫：处于高能态的核通过交替磁场将能量转移给周围的 分子，即体系往环境释放能量，处于高能态的核跃迁至低能态 的过程，也称为自旋－晶格驰豫。
原子核不同能级间的能量差： ΔE = - γΔmhH0/2π
7 1H核的能级及核磁共振条件
1H核两个能级间的能量差：ΔE = E-1/2-E+1/2= γhH0/2π
1H受到一定频率（v= v0）的电磁辐射，且提供的能量 =ΔE，则发生共振吸收，产生共振信号;
8 核磁共振中两种扫描方式
对1H核：H0＝14092 G 时，υ＝60 MHz； H0＝23490 G 时，υ＝100 MHz H0＝46973G 时，υ＝200 MHz； H0＝140920 G 时，υ＝600 MHz
3.2 核磁共振波谱仪
结构组成：
1. 外磁场 2. 射频振荡器 3. 射频信号接受器 4. 样品管 5. 记录仪
核磁共振波谱仪类型
连续波NMR仪器(CW-NMR)
特点：射频的频率或外磁场强度连续变化(即扫频或扫场)，被测核依 次被激发核磁共振。 不足：任一瞬间只有一种原子核处于共振状态，其它核处于等待状态， 造成样品利用率低、灵敏度低、分辨率低。
所产生磁场两极间的磁偶极的大小即称为核磁矩μ
μ = γP γ：比例常数，称为磁旋比
5 自旋核在外加磁场中的取向
自旋取向数= 2 I + 1 磁量子数m代表自旋核在磁场 中的某个特定能级状态
什么是核磁共振
什么是核磁共振核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种研究物质内究竟组成什么、构造到底如何的非凡技术。
它以其准确量测出大自然中分子结构的能力，堪称皮尔森心理学和普里姆经济学两大奖项创始人之一，荷兰物理学家拉尔夫·皮尔森（Ralph H. Pieterson）提出的启示。
本文致力于为大家详尽解释核磁共振带来的好处，以及它的应用方式：1、定义和工作原理核磁共振，又称NMR，是一种多用途的分子成像技术。
它通过精确测量分子核的磁性信号来分析构型，可以用来研究分子的构型和位置。
它的基本原理是核磁共振检测器注入到内部的辐射，当辐射扫描分子内部时，结构内的核自旋会沿着辐射方向旋转并发射信号，而这些信号被检测器捕捉并进行分析，以给出物质的分子层面构型信息。
2、核磁共振的优势与劣势（1）优势：（1）可以精确测量分子核的磁性成分；（2）可以用来研究分子的构型和位置；（3）用计算机处理数据，可以得到准确的结构；（4）NMR仪器的设计使其变得越来越易于运作和维护，同时也可以提供比以往更高的精度和更强的信号。
（2）劣势：（1）需要非常低的温度才能实现有效检测；（2）扫描速度较慢，因此不适用于动态研究；（3）由于NMR仪器的高价格，很多学校实验室并不能拥有。
3、核磁共振的应用核磁共振技术可以用于各种领域，包括材料结构研究、药物设计和发现、生物氨基酸测序、蛋白质结构分析、基因组中的分子标记研究以及医学成像研究等。
（1）材料结构研究：核磁共振能够非常精确分析结构和化学组成，可用于研究改性材料、复合材料和结构亚单位的构型细节，以及检测各种对有机分子构型、化学组分和结构空位有影响的应力，从而更好地测量、模拟和理解材料特性。
（2）药物研究：利用NMR技术可以精细描述药物构象类型及其各分子之间在受到特定条件时的变化，从而为药物分子的设计和改造提供重要的准确数据和信息，并有助于开展药物设计理论研究。
核磁共振原理详解
核磁共振（NMR）是一种广泛应用的物理技术，主要用于研究分子的结构和动态。
其原理基于原子核的自旋磁矩和外加磁场之间的相互作用。
以下是对核磁共振原理的详细解释。
首先，原子核具有磁性，这是因为它们具有自旋和磁矩。
自旋是一个量子力学概念，表示原子核的自旋角动量。
磁矩则是原子核自旋磁性的量度，它与自旋角动量成正比。
当原子核处于静止状态时，其磁矩与外界磁场完全抵消，因此不会产生任何磁性效应。
但是，当原子核受到外加磁场的作用时，其磁矩会受到一个力，使得原子核开始旋转。
这个旋转的角速度与外加磁场的强度和原子核的磁矩成正比。
当原子核旋转时，它会与周围的电磁场相互作用，产生一个交变电磁场。
这个交变电磁场又会对原子核产生一个反作用力，使得原子核的旋转角速度发生变化。
这个变化与外加磁场的强度和原子核的磁矩有关。
在核磁共振实验中，我们通常使用一个强磁场来使原子核旋转。
然后，我们通过测量这个交变电磁场的频率或相位来得到原子核的磁矩和自旋角动量。
通过这些信息，我们可以推断出分子的结构和动态信息。
总的来说，核磁共振是一种利用原子核的磁性来研究分子结构和动态的技术。
它通过外加磁场和交变电磁场的作用来测量原子核的磁矩和自旋角动量，从而得到分子的结构和动态信息。
核磁共振的原理是什么
核磁共振的原理是什么核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种先进的物理技术，通过电磁波对原子核的共振现象进行探测，能够非侵入性地观测和研究物质的结构、组成、动力学过程等。
核磁共振技术被广泛应用于物理学、化学、生物学、医学等领域，是科学研究和临床诊断的重要工具。
核磁共振的原理基于量子力学的理论，主要涉及原子核的量子自旋和磁矩运动。
首先，原子核由质子和中子组成，具有自旋角动量（spin angular momentum），即核自旋。
其次，核自旋也伴随着相应的磁矩（magnetic moment），类似于地球产生的磁场。
在外加静磁场的作用下，每个原子核的自旋矢量可以沿着磁场方向上下取向，形成两个能级：激发态（spin up）和基态（spin down）。
这两个能级之间的能量差称为Zeeman能量，它与外加静磁场的强度成正比。
这意味着，在不同强度的外加磁场下，原子核的能级结构和空间排布也会发生不同的变化。
核磁共振的原理就是利用射频场（即EM波）与原子核的自旋进行相互作用，从而实现原子核能级的跃迁与共振。
当外加静磁场方向沿x轴时，氢核便成为常见的探测核素。
首先，原子核的自旋矢量与外加静磁场之间会形成一定的夹角，在这种夹角下，原子核的磁矩向y轴、z轴方向产生倾斜。
当外加射频场（频率与Zeeman能量相匹配）作用于核磁共振体系时，射频能量可以与原子核的自旋之间发生能量交换，从而使得原子核跃迁至不同的能级。
这种能级跃迁的共振发生在射频能量密度等于特定值时，被称为共振条件。
共振现象的发生与物质的磁性、磁矩总数、外加静磁场的强度以及射频场的频率和强度等因素有关。
在核磁共振的测量过程中，通常使用的是交变磁场（AC magnetic field），即射频场。
当外加交变磁场的频率等于共振条件时，原子核的自旋能量跃迁最大。
此时，原子核的磁矩会受到交变磁场的作用，产生一个高频振荡的磁场。
NMR原理
ω0 = 2π ν0 = γ B0 2π γ 磁旋比； B0外磁场强度； 磁旋比； 外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之 间的能级差： 磁矩） 间的能级差：∆E= 2µB0 （µ磁矩）
高能自旋态与低能自旋态的能量之差 Eβ=+µB0
E E0
E1
E2
E3
Eα=-µB0
H0
高低自旋态能量的差值（ 高低自旋态能量的差值（△ E ） 低能态的核比高能态的核稍多一点，约百 对于氢核，处于低能态的核比高能态的核稍多一点，
万分之十左右。也就是说，在1 000 000个氢核中，低能态的核 000个氢核中 个氢核中， 万分之十左右。也就是说， 仅比高能态的核多十个左右， NMR信号就是靠这极弱量过剩的 仅比高能态的核多十个左右，而NMR信号就是靠这极弱量过剩的 低能态氢核产生的。 低能态氢核产生的。如果低能态的核吸收电磁波能量向高能态跃 迁的过程连续下去，那么这极微量过剩的低能态氢核就会减少， 迁的过程连续下去，那么这极微量过剩的低能态氢核就会减少， 吸收信号的强度也随之减弱。 吸收信号的强度也随之减弱。最后低能态与高能态的核数趋于相 使吸收信号完全消失，这时发生“饱和”现象。 等，使吸收信号完全消失，这时发生“饱和”现象。
NMR原理： NMR原理： 原理 一、 原子核的自旋
• 原子核是带正电荷的粒子，和电子一样有自旋现象， 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 由于原子核是具有一定质量的带正电的粒子， 自旋时会产生核磁矩。核磁矩和角动量都是矢量， 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， 它们的方向相互平行，且磁矩与角动量成正比，即 µ=γp 式中： 为旋磁比， 式中：γ为旋磁比，即核磁矩与核的自旋角动量的比 不同的核具有不同旋磁比， 值，不同的核具有不同旋磁比，它是磁核的一个特 征值； 为磁矩； 征值；µ为磁矩；
核磁共振成像诺贝尔生理学或医学奖介绍及研究进展
一、核磁共振成像技术
核磁共振成像（NMR）是一种非侵入性医学诊断技术，其基本原理是利用射 频磁场激发人体内氢原子核，并记录其在磁场中的共振信号。通过对这些信号的 处理和成像，可以获得人体内部的结构和生理信息。NMR技术具有无辐射、高分 辨率和多参数成像等优点，因此在医学诊断、癌症研究、药物开发等领域具有广 泛的应用价值。
2009年，英国科学家Harald zur Hausen、法国科学家Françoise BarréSinoussi和德国科学家Luc Montagnier因对人类乳头瘤病毒（HPV）的研究，以 及发现其在子宫颈癌发生中的作用共同获得了当年的诺贝尔生理学或医学奖。
他们的研究不仅揭示了NMR技术在病毒学领域的应用价值，还为预防和治疗 宫颈癌提供了重要线索虽然本次演示无法详尽列举与核磁共振成像技术直接相关 的全部诺贝尔生理学或医学奖成果，但以上例子足以表明NMR技术在生命科学领 域中的研究价值和重要性。这些获奖成果不仅揭示了NMR技术在不同研究方向的 应用，也为未来的研究提供了借鉴和启示。
核磁共振成像——诺贝尔生理学或 医学奖介绍及研究进展
目录
01 一、核磁共振成像技 术
02
二、诺贝尔生理学或 医学奖
三、核磁共振成像技
03 术在诺贝尔生理学或 医学奖研究上的进展
04 四医学诊断工具，其发展历程中蕴含着众多科 学家的努力和智慧。本次演示将介绍核磁共振成像技术的基本原理、应用价值及 其在诺贝尔生理学或医学奖研究上的进展。
未来展望尽管Allison和Honjo的发现为癌症治疗带来了重大突破，但是在细 胞周期调控领域仍然存在许多未知的领域需要进一步研究。例如，关于细胞周期 如何影响基因表达以及如何进一步干预细胞周期过程以改善基因表达还有许多未 解之谜。随着科学技术的发展，未来我们有望更加深入地了解细胞周期调控的机 制，并在此基础上发现更加有效的治疗方法。
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
4.2.1 连续波核磁共振仪 1.磁铁：用来产生一个强的外加磁场。 磁铁：永久磁铁、电磁铁、超导磁铁三种。 前两种磁铁的仪器最高可以做到100MHZ，超导磁铁可 高达950MHZ。
MHZ数越大，磁场强度越大，仪器越灵敏，做出来的 图谱越简单，越易解析。
连续波核磁共振仪部件图
在磁铁上有一个扫描线圈(又叫Helmholtz线圈)内通直流 电。它产生一个附加磁场，可用来调节原有磁场的磁场强 度，连续改变磁场强度进行扫描。 2. 射频振荡器：用于产生射频。一般情况下，射频频率是 固定的。在测定其他核如13C、15N时，要更换其他频率的 射频振荡器。
脉冲付里叶变换核磁共振仪部件图
PFT-NMR仪采用发射脉冲使各种不同的核同时被激 发。为了恢复平衡，各个核通过各种方式弛豫，在接收机 中可以得到一个随时间逐步衰减的信号，称FID(自由感应 衰减)信号。它是各种核的FID信号的叠加，这种信号是随 时间衰减的信号f(t)。而平常的NMR中信号是频率的函数 f(W)或f()，所以要用计算机进行付里叶变换将f(t)变成 f(w)或f()，得到普通的NMR图。
奇
奇或偶
奇
奇或偶
自旋形 NMR 原子核 状 信号 12C,16O, 非自旋 无 28Si , 32S 球体 1H、13C、 1/2 自旋球 有 19F、29Si、 体 31P 11B,17O,33 3/2、5/2、 自旋椭 有 7/2 S,35Cl, 球体 1、2、 3 自旋椭 有 球体
2H,10B,14N
核磁共振( 1H-NMR)
核磁共振Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, 简称NMR 。 按观察的核不同，有1H、13C 、31P、19F-NMR。 按独立频率变量个数可分为一维谱、二维谱、三维谱。 核磁共振(1H-NMR)在化学中的应用己有五十年了。 NMR的理论基础是量子光学和核磁感应理论。
四甲基乙二胺核磁鉴定_理论说明
四甲基乙二胺核磁鉴定理论说明1. 引言1.1 概述四甲基乙二胺（N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine，简称TMEDA）是一种常用的有机配体，被广泛应用于金属有机化学、催化剂合成以及药物研发等领域。
其核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）技术作为一种有效鉴定和研究有机分子性质的方法，在四甲基乙二胺的结构表征中具有重要意义。
本文旨在通过理论推导和实验验证，系统地介绍了四甲基乙二胺核磁共振谱图的解析和参数分析方法，探讨了核磁共振参数与化学结构之间的关系，并对其他可能影响谱图和参数的因素进行深入讨论。
1.2 文章结构本文主要由以下几个部分组成：第2部分将首先对四甲基乙二胺的化学性质进行介绍，并详细阐述核磁共振原理及其在该化合物鉴定中的应用。
同时，将对核磁共振参数如位移、偶合常数等进行解读和分析。
第3部分将描述实验设计和方法，包括样品制备和纯化过程、核磁共振实验条件设置以及数据处理和分析方法。
第4部分将给出四甲基乙二胺的核磁共振谱图解析结果，并就核磁共振参数与化学结构之间的关系进行讨论。
此外，还将探讨其他可能影响谱图和参数的因素，如溶剂效应、温度等。
最后，在第5部分总结本文的研究结论，并展望未来在这一领域中的下一步研究方向。
1.3 目的本文旨在通过对四甲基乙二胺核磁鉴定理论的深入探讨，为科学家们提供一个准确鉴定该有机配体结构并进一步了解其性质的工具和方法，为相关领域的研究奠定理论基础。
同时，通过对核磁共振参数与化学结构关系的分析，可以更好地理解有机配合物中键合情况和电子环境等重要性质。
这对于进一步开发新型催化剂、设计新药物等具有重要意义。
2. 四甲基乙二胺核磁鉴定的理论说明2.1 四甲基乙二胺的化学性质四甲基乙二胺（N,N,N',N'-Tetramethylethylenediamine，TMEDA）是一种有机化合物，其分子式为C6H16N2。
GPCNMR测定超支化聚合物理论及运用
GPC、NMR 测定超支化聚合物理论及运用NMR 简称核磁共振。
（英文缩写：Nuclear Magnetic Resonance）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。
超支化聚合物具有高度支化三维球状结构及众多端基而表现出与线型分子截然不同的性质，如低粘度、无链缠结和良好的相容性，且其合成方法简单，成本低，因此超支化聚合物在聚合物共混改性剂、涂料、药物缓释和催化反应等方面得到了广泛应用。
笔者从结构特点与性能及合成方法方面对超支化聚合物进行了综述，并简要介绍了它的应用前景。
凝胶渗透色谱自20 世纪60 年代问世以来，在高聚物分子量及分子量分布测试中得到了广泛的应用。
以往有关GPC 在聚丙烯腈共聚物分析方面的工作，一般采用普适校正法[ ]和渐进法[2]对凝胶色谱柱进行校正。
普适校正法和渐进法需要一系列的标样，而聚丙烯腈的标样系列很难得到。
如果制备聚丙烯腈共聚物标样则需要耗费大量的时间和精力。
宽分布校正法[卜I]可以采用单一宽分布标样对色谱柱进行标定，这种方法在分析难以制备标样的共聚物时，显示出很大的优越性。
Purdon[6]认为，宽分布校正法只有在标样与待测样品分子量相近时结果较为准确，而标样与待测样品分子量相差较大时结果误差很大。
在本试验中应用宽分布校正法时，比较了扣除色谱峰扩展效应前后的测试结果，数据表明，在应用宽分布校正法校正色谱柱时，必须扣除色谱峰扩展效应的影响才能得到较为准确的结果。
Purdon 的测试结果不准确，是因为没有扣除色谱峰扩展效应。
本法在生产线上聚丙烯腈分子量监测中得到了实际应用，结果满意。
GPC 凝胶渗透色谱（缩写：Gel Permeation Chromatog-raphy ），又称为尺寸排阻色谱（Size Exclusion Chromatography,简称SEC），它是基于体积排阻的分离机理，通过具有分子筛性质的固定相，用来分离相对分子质量较小的物质，并且还可以分析分子体积不同、具有相同化学性质的高分子同系物。
核磁拉莫定理
核磁拉莫定理核磁拉莫定理是核磁共振(NMR)技术中的重要原理，它在化学、物理、医学等领域有着广泛的应用。
本文将从人类的视角出发，以生动的语言描述核磁拉莫定理的原理和应用，让读者感受到科学的魅力。
一、引言核磁共振技术是一种通过测量原子核在外磁场中的行为来研究物质性质的方法。
核磁拉莫定理是这一技术的理论基础，它由两位科学家核磁共振的发现者拉莫和核磁共振的理论奠基人伯赫共同提出。
核磁拉莫定理是指在外磁场中，原子核会受到磁场的作用，使得原子核自身会产生一个旋进子，这个旋进子会产生一个额外的磁场。
当外部磁场和原子核自身的磁场达到平衡时，我们就可以通过测量这个平衡状态下的信号来了解样品的性质。
三、核磁拉莫定理的应用核磁拉莫定理在化学领域有着广泛的应用。
通过测量样品在不同磁场下的核磁共振信号，我们可以得到样品的化学结构信息，进而确定样品的分子式、分子结构等。
这对于研究新药物的开发、有机合成的优化等具有重要意义。
在物理学中，核磁拉莫定理可以用来研究物质的磁性。
通过测量样品在不同温度下的核磁共振信号，我们可以确定物质的磁化率、磁矩大小等。
这对于研究物质的磁性行为、磁性材料的开发等具有重要意义。
在医学领域，核磁拉莫定理被广泛应用于核磁共振成像技术。
通过测量人体组织中的核磁共振信号，我们可以获取人体各个部位的详细结构信息，如脑部、胸部、腹部等。
这对于医生进行疾病诊断、肿瘤检测等具有重要意义。
四、总结核磁拉莫定理是核磁共振技术的基础，它通过测量样品在外磁场中的核磁共振信号，来研究物质的性质。
核磁拉莫定理在化学、物理、医学等领域有着广泛的应用。
通过核磁共振技术，我们可以了解物质的化学结构、磁性行为，甚至可以用于医学影像学中。
核磁拉莫定理的应用给人们的生活带来了诸多便利，也为科学研究提供了重要的工具。
通过不断的研究和发展，相信核磁拉莫定理将会在更多的领域中发挥重要作用。
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1、纵向弛豫（T1）：自旋—晶格弛豫过程
指样品总是处在一定的环境中，受激态的高能磁核也处在 一定的环境中，这种环境又称“晶格”，泛指核周围的介 质粒子。受激高能态磁核与环境（即晶格）相互作用时， 可以把能量传递给环境，自身回到低能态，使核体系在磁 能级上的粒子分布恢复Boltzmann平衡状态。这就是自旋 －晶格弛豫过程，又称纵向弛豫。
偶数
奇数 5
13C，1H，19F， 31P，15N
相关物理量
自旋角动量P：表述原子核自旋运动特性的矢量参数 核磁矩µ ：表示自旋核磁性强弱特性的矢量参数 自旋量子数I: 取决于原子核的质量数和原子序数，用于表 征原子核性质时，不仅决定原子核有无自旋角动量，还决 定原子核的电荷分布、NMR特性以及原子核在外磁场中 能级分裂的数目等等。 磁量子数m：表示核自旋取向数，每个自旋取向分别代表 原子核的某个特定的能级状态。 磁旋比γ：是核磁矩与自旋角动量之间的比例常数，是原 子核的一个重要特性常数。
S
Magnet
Recorder
30
31
脉冲技术
当试样浓度太低，或在测定象13C这样灵敏度较低的核时， 由一次射频得到的FID信号太弱，需多次作用，并将得到 的FID信号多次累加才能得到一张好的图谱。 大量的累加计算在采用连续扫描的CW－NMR仪上是难以 做到的，但采用脉冲技术却可得到圆满解决。 所谓脉冲是指在微秒期间周期性地施加的射频。 PFT-NMR的原理：1个脉冲覆盖了核磁共振所有的频率 范围，在短时间内完成共振，大大缩短测试时间
如：在1.4092特斯拉的磁场,各种核的共振频率为：
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 磁场强度 40 0.9400 60 1.4092 100 2.3500 200 4.7000 300 7.1000 500 11.7500
低能态核向高能态核跃迁，需要一定能量，这个能量由照 射体系的电磁辐射供给 核磁共振的条件 外加射频与拉莫尔进动频率相等时，即u = w 发生NMR时，⊿E = ⊿E’ 电磁辐射能： ⊿E’ = h u 核的跃迁能： ⊿E = 2H0 即：H0=hu/2 或 02pu/ 由上式可知： H0∝u H0 (u)↑，E↑，NMR分辨率提高 不同原子核的NMR信号不存在相互混杂的问题 ∵不同自旋核的相差较大，若固定H0，发生共振所 12 需要的u差别>>由于结构产生的u
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（2）宏观磁化量与弛豫
热平衡态下，自旋磁场叠加的结果为与H0方向相 同，示为M0,，即核的宏观磁化矢量。
z z z
M
x
x y y
Mo
x y
Ho
Ho
Ho
对体系施加射频u时，低能态→高能态跃迁，将使 M倒向y轴
16
撤去射频u后，M将在H0作用下，以拉摩 尔旋进方式回到热平衡态，即M→M0。
自旋量子数为I的原子核，Pz有（2I+1）个数值。也就是说， P0在z轴的分量是量子化的，m可取的最大数值是+I，角动 量的最大分量为： h 如果P用h作单位，可以观测到的角动量的最大分量值为 原子核自旋量子数I。
7
•I值用于表征原子核性质时，不仅决定原子核有无自旋角动量，
还决定原子核的电荷分布、NMR特性以及原子核在外磁场中 能级分裂的数目等等。 I为1/2的原子核，核电荷呈均匀的球形对称分布，呈磁各向 同性，不具有电四极矩，核磁共振的谱线窄，宜于检测； I＞1/2的原子核，核电荷呈椭球形分布，呈磁各向异性，具 有电四极矩，导致核磁共振的谱线加宽，不利于检测。 •原子核可近似为表面带电荷的球体，绕轴自旋时，产生一个 循环电流。该循环电流产生一个磁场，磁场的磁矩（μ）与原 子核的角动量成正比：
z
M
z
M
x
x
y
y
Ho M
z
Ho M0
z
x y y
x
Ho
Ho
17
18
二、弛豫
高能态的核自旋经过外辐射途径把多余的能量给予环境或其 它低能态的核，这个过程称为“弛豫”，即：自旋核由 M→M0的过程。
自旋－晶格弛豫(纵向弛豫)：核与环境进行能量交换，体系能量降低
而逐渐趋于平衡。速率1/T1，T1为自旋晶格弛豫时间。 T1越小，纵向弛豫效率愈高，愈利于NMR测定 液体、气体：很小，几秒 固体、大分子：很长，有的甚至几个小时 自旋－自旋弛豫(横向弛豫)：自旋体系内部、核与核之间能量平均及 消散。体系的能量不变，速率1/T2，T2为自旋自旋弛豫时间。 气体、液体：1s左右 固体及粘度大的液体：10-4~10-5s 谱线宽度与弛豫时间的关系 ： 1 1 1 谱线宽度与驰豫时间成反比 u T T1 T2 取决于T1，T2中的最小者
三、矢量模型
检测的样品中包含许多的核自旋，它们都以相同的频率进动，沿着平行 于H0方向的自旋（α态）比沿着反平行于H0方向的自旋（β态）具有较 低的能量。因此，处在α态的核自旋数超过处在β态的核自旋数。于是， 在热平衡状态下，正负抵消后，还有一部分自旋沿着z方向，也就是将 有净的磁化沿着z方向。所有自旋的横向分量都在xy平面内进动，但是 进动的相位是任意的。于是对于一个自旋系统，在xy平面没有净的磁化， 而且样品的总的磁化是稳定的，且沿着z轴（称为M0）。
6
几个物理量间的关系
核的自旋角动量（P0）是量子化的，可以表示为：
P
0 ( 1)
其中I为原子核的自旋量子数，取0，1/2，1，3/2，…等；
是一常数，取值h/2π，h是普朗克常数。
P0在直角坐标（x）轴上的投影（Pz）可表示为：
z m
其中m称为磁量子数，可取-I，-I+1，…，I-1，I等值。
0 ( 1)
z m h 0
z 0 m 0
因为能级的跃迁只能发生在相邻 能级上，即在Δm=1
w 0 0 2p 0
H0 越大， ⊿E越大
11
0
3、核的跃迁与电磁辐射 (共振)
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射频场：可用矢量表示，大小约是主磁场的 1/1000，且旋转的方向相互垂直。 射频场是一种线偏振的交变场，可将它表示为 两个幅度相同的，但进动方向相反的圆偏振场。
引进一个以RF频率进动的旋转坐标系，净的磁 化沿着z方向，而RF场分解为两个分量。
25
施加－900脉冲（旋转角度α= 900的脉冲），磁场就被 旋转到旋转坐标系的y轴，脉冲过后，它不再变化。
NMR基础 固体高分辨技术
动力学NMR
1
2.1 NMR基础
NMR现象 弛豫 矢量模型 积算符 自旋回波 NOE 偶极耦合 化学位移 自旋耦合
2
NMR：
核磁共振 (nuclear magnetic resonance， 缩写为 NMR)是指核磁矩不为零的核，在 外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分 裂，共振吸收某一特定频率的射频辐射的 物理过程。
在实验室坐标系看来，在y轴上的磁化将绕着磁场H0 进动，产生无线电信号，叫自由感应衰减信号。
26
自由感应衰减信号（FID 或fid）是一个随时间变 化呈指数形式衰减的信 号，形式为：
27
由FID信号转换为NMR图谱
FID信号是一个随时间t变化的函数，称为时畴函数，用f(t) 表示。它是弛豫过程在y轴的投影。 而NMR信号则是随频率υ 变化的函数，称为频畴函数f(υ)。 FID信号与NMR信号均包含有跃迁核的δ 及J信息，是一 组傅立叶变换对。 由测得的FID信号经傅立叶变换过程，即可转换为NMR图 谱
4
一、NMR现象
1、原子核的磁矩 (核磁矩)
NMR研究的对象为存在自旋运动的原子核，可 用自旋量子数(I)表征 I取决于原子核的质量数和原子序数
质量数 原子序数
偶数
偶数 奇数
I
0
1, 2, 3, … 1/2 3/2, 5/2, …
例子
12C，16O
2H，14N
NMR信号 电荷分布
无
有 有 有
产生横向弛豫的原因：
当磁化处在xy平面上时，自旋间在横向平面具有相位相干， 由于自旋间的能量交换使得这种相位相干逐渐消失，以至 于横向磁化，即信号强度随时间按指数函数形式逐渐衰减， 因此自旋间的能量交换导致的相位相干的损失是产生T2弛 豫的原因。
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通常T2总是小于或等于T1，这是因为存在另外的使 横向磁化损失的因素。
现代核磁共振仪
— 脉冲傅立叶变换核磁共振仪 (Pulsed Fourier Transform NMR Spectrometers)
Bo
— 固定磁场，由超导磁铁产生
— 脉冲方波 — 自由感应衰减信号（FID信号） — 经傅立叶变换得到NMR图谱。
N
B1 Frequency Generator Detector
m=-1/2, 高能态 取向与H0相反
m=+1/2, 低能态 取向与H0相同
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（2）原子核的进动 发生自旋取向的原子核，其自旋取向与H0成一定的夹角 在H0作用下，核磁矩将进行进动，称为拉莫尔进动 (larmor procession) 进动频率： w = H0/2p
wo
Bo
10
3
•原子核是带正电荷的粒子，原子核的自旋必然导致正电 荷在同一轴心圆面上沿同一方向高速旋转，其效果相当于 逆向产生了旋转电流。 •由电磁感应的物理学原理可知，旋转电流（或电场）将 会产生磁场，感应磁场的方向与电流的旋转方向有固定的 相互关系。 •因此，原子核的自旋运动使之沿自旋轴方向产生感应磁 场，从而显示磁性。 •自旋运动的原子核具有自旋角动量，同时也具有由于自 旋感应产生的核磁矩。