核磁共振原理及图谱分析技巧PPT课件
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核磁共振波谱分析ppt课件
DE＝hν ——②
则：处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量，跃迁到 高能级态，发生核磁共振。
11
核磁共振波谱分析
1.2.4 核磁共振的条件
发生核磁共振时，必须满足下式：
n=
g 2p
Ho
3
③式称为核磁共振基本关系式。
❖ 可见，固定H0，改变ν射或固定ν射，改变H0都可满足③ 式，发生核磁共振。
但为了便于操作，通常采用后一种方法。
• 乙酸乙酯的核磁共振氢谱
1H NMR ( 300 MHz, CDCl3 ),δ( ppm) 1.867 ( t, J= 7.2 Hz, 3H ), 2.626 ( s, 3H ), 4.716 ( q, J= 7.2 Hz, 2H )
• s—单峰；d—双峰（二重峰）；t—三峰 （三重峰）；q—四峰（四重峰）；m—多 峰（多重峰）
C6H5CH2CH3 C6H5
CH3
CH2
17
17
核磁共振波谱分析
核磁共振氢谱信号 结构信息
信号的位置 （化学位移）
信号的数目
信号的强度 （积分面积）
信号的裂分 （自旋偶合）
质子的化学环境 化学等价质子的组数 引起该信号的氢原子数目
邻近质子的数目，J（偶
合常数）单位：Hz
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核磁共振波谱分析
（2）核磁共振数据
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核磁共振波谱分析
§3 化学位移 (Chemical shift)
化学环境不同 的1H 核在不 同位置（ν） 产生共振吸 收
化学环境不同的1H 核在外磁场中 以不同的Larmor频率进动；1H 核在分子中所处的化学环境不同 导致Larmor频率位移
20
核磁共振波谱分析
《核磁共振图谱》课件
利用核磁共振技术研究物质的基本性质和量子力学行为。
物理研究
核磁共振技术在生物医学工程领域的应用，如生物组织成像、药物开发等。
生物医学工程
2000年代至今
随着计算机技术和数字化技术的进步，核磁共振技术不断发展和完善。
1990年代
高场强核磁共振技术和超导技术应用于成像研究。
1970年代
核磁共振成像技术诞生，开始应用于医学领域。
《核磁共振图谱》PPT课件
核磁共振技术简介核磁共振图谱的解析核磁共振图谱的应用核磁共振图谱的未来发展
目录
CONTENTS
核磁共振技术简介
利用核磁共振技术进行人体内部结构的无损成像，用于诊断疾病和监测治疗效果。
医学成像
通过核磁共振技术分析分子结构和化学键信息，用于化学物质鉴定和反应机理研究。
化学分析
核磁共振图谱的应用
那一小时候-簌-这个时候 M = on- City- however退铺ois the zus,anderizing一期 Lorem-others in in onosis city to d inosis d Gois in
️一 City️tersanche 离不开老天ossis =qileDheidoss oune man ultra彻底 into
确定氢原子核原子核之间的偶合常数。
确定氢原子核的偶合常数
通过分析谱线的形状和强度，推断氢原子核之间的相互作用和空间距离。
解析谱线形状和强度
苯甲酸甲酯的核磁共振图谱
苯甲酸甲酯分子中有四个氢原子，分别处于苯环和酯基上。通过解析其核磁共振图谱，可以确定这四个氢原子分别处于不同的化学环境中。
,,iecærsignup,ne"蔫 质感: how On迩 zyang Jan that fully -Onbbbb Ach,皲um in"质感,: on,: on,庄园, roof观察 then燃荆 directly燃OnAsh念 EingerOn:长安",clusuringsOn长安%绕郎 driven惺account on质 driven On On皲îbbbb%on质感 on on on , On, - On,,On on - agentavy, on - January,@-" ob onclusclus1 On长安\摇头 then said micro抡 E一层%app on长安" said
物理研究
核磁共振技术在生物医学工程领域的应用，如生物组织成像、药物开发等。
生物医学工程
2000年代至今
随着计算机技术和数字化技术的进步，核磁共振技术不断发展和完善。
1990年代
高场强核磁共振技术和超导技术应用于成像研究。
1970年代
核磁共振成像技术诞生，开始应用于医学领域。
《核磁共振图谱》PPT课件
核磁共振技术简介核磁共振图谱的解析核磁共振图谱的应用核磁共振图谱的未来发展
目录
CONTENTS
核磁共振技术简介
利用核磁共振技术进行人体内部结构的无损成像，用于诊断疾病和监测治疗效果。
医学成像
通过核磁共振技术分析分子结构和化学键信息，用于化学物质鉴定和反应机理研究。
化学分析
核磁共振图谱的应用
那一小时候-簌-这个时候 M = on- City- however退铺ois the zus,anderizing一期 Lorem-others in in onosis city to d inosis d Gois in
️一 City️tersanche 离不开老天ossis =qileDheidoss oune man ultra彻底 into
确定氢原子核原子核之间的偶合常数。
确定氢原子核的偶合常数
通过分析谱线的形状和强度，推断氢原子核之间的相互作用和空间距离。
解析谱线形状和强度
苯甲酸甲酯的核磁共振图谱
苯甲酸甲酯分子中有四个氢原子，分别处于苯环和酯基上。通过解析其核磁共振图谱，可以确定这四个氢原子分别处于不同的化学环境中。
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核磁共振MRI基本原理及读片--ppt课件
X
X
体各类组织均有特定T1
（4）停止后一定时间
（p5p）t课件恢复到平衡状态
、T2值，这些值之间的
16
差异形成信号对比
ppt课件
纵向弛豫或称 自旋－晶格弛 豫 (T1弛豫)
横向弛豫或 称自旋自旋 弛豫 (T2弛豫)
17
● 人体——进入磁场——磁化——施加射频脉冲、H核磁矩发生90。偏转， 产
生能量——射频脉冲停止、弛豫过程开始，释放所产生的能量（形成MR信 号）——信号接收系统——计算机系统 ● 在弛豫过程中，即释放能量（形成MR信号），涉及到2个时间常数：纵向 弛豫时间常数—T1；横向弛豫时间常数—T2 ● 加权（weighted ）的概念：MR成像过程中，T1、T2弛豫二者同时存在， 只是在某一时间内所占的比重不同。如果选择突出纵向（T1）弛豫特征的 扫描参数（脉冲重复时间和回波时间，以毫秒计）用来采集图像，即可得 到以 T1弛豫为主的图像，当然其中仍有少量T2弛豫成分，因是以T1 弛豫 为主，故称为T1加权像（weighted Imaging WI）。如果选择突出横向 （T2）弛豫特征的扫描参数采集图像……… 加权或称权重，有侧重、为主的意思 ● 因为人体各种组织如肌肉、脂肪、体液等，各自都具有不同的T1和T2弛豫 时间值，所以形成的信号强度各异，ppt课因件此可得到黑白不同灰度的图像 18
造影剂入血行——病变组织间隙—— 与病变组织大分 子结合——T1驰豫接近脂肪或Larmor频率———T1缩短 ——强化（白），（称间接增强）
影响因素：病变区的血流；灌注；血脑屏障。与血液 内的药浓度不绝对成正比，ppt课达件一定浓度后不起作用。26
ppt课件
27
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28
特殊检查：
《核磁共振》PPT课件.ppt
时间表示；T2 气、液的T2与其T1相似，约为1秒；
固体试样中的各核的相对位置比较固定，利于自旋-自旋间的能量交换，T2很小， 弛豫过程的速度很快，一般为10-4~10-5秒。
弛豫时间虽然有T1、T2之分，但对于一个自旋核来说，它在高能态所停 留的平均时间只取决于T1、T2中较小的一个。因T2很小，似乎应该采用 固体试样，但由于共振吸收峰的宽度与T成反比，所以，固体试样的共振 吸收峰很宽。为得到高分辨的图谱，且自旋-自旋弛豫并非为有效弛豫， 因此，仍通常采用液体试样。
z
pz
hm 2
核磁矩的能级
EZH 2hmH
*
(二） 磁性原子核在外磁场中的行为特性
1、自旋取向与核磁能级
无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的，自旋能级相同; 有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向，用磁量子数（m
）表示每一种取向 m=I，I-1，I-2 … -I+1，-I 核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的, 不同
高能态核寿命的量度。 T1取决于样品中磁核的运动，样品流动性降低时，T1增
大。气、液（溶液）体的T1较小，一般在1秒至几秒左右； 固体或粘度大的液体，T1很大，可达数十、数百甚至上千 秒。 因此，在测定核磁共振波谱时，通常采用液体试样。
*
2) 自旋－自旋驰豫（横向驰豫）
指两个进动频率相同而进动取向不同（即能级不同）的性核， 在一定距离内，发生能量交换而改变各自的自旋取向。交换能量 后，高、低能态的核数目未变，总能量未变（能量只是在磁核之 间转移），所以也称为横向弛豫。
取向具有不同自旋能级, 这种现象称为能级分裂.
*
当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种 取向： m为磁量子数，取值范围：I，I-1，…，-I， 共（2I+1）种取向。
固体试样中的各核的相对位置比较固定，利于自旋-自旋间的能量交换，T2很小， 弛豫过程的速度很快，一般为10-4~10-5秒。
弛豫时间虽然有T1、T2之分，但对于一个自旋核来说，它在高能态所停 留的平均时间只取决于T1、T2中较小的一个。因T2很小，似乎应该采用 固体试样，但由于共振吸收峰的宽度与T成反比，所以，固体试样的共振 吸收峰很宽。为得到高分辨的图谱，且自旋-自旋弛豫并非为有效弛豫， 因此，仍通常采用液体试样。
z
pz
hm 2
核磁矩的能级
EZH 2hmH
*
(二） 磁性原子核在外磁场中的行为特性
1、自旋取向与核磁能级
无外加磁场时，核磁矩的取向是任意的，自旋能级相同; 有外加磁场时，核磁矩共有2I+1个取向，用磁量子数（m
）表示每一种取向 m=I，I-1，I-2 … -I+1，-I 核磁矩在外磁场空间的取向不是任意的，是量子化的, 不同
高能态核寿命的量度。 T1取决于样品中磁核的运动，样品流动性降低时，T1增
大。气、液（溶液）体的T1较小，一般在1秒至几秒左右； 固体或粘度大的液体，T1很大，可达数十、数百甚至上千 秒。 因此，在测定核磁共振波谱时，通常采用液体试样。
*
2) 自旋－自旋驰豫（横向驰豫）
指两个进动频率相同而进动取向不同（即能级不同）的性核， 在一定距离内，发生能量交换而改变各自的自旋取向。交换能量 后，高、低能态的核数目未变，总能量未变（能量只是在磁核之 间转移），所以也称为横向弛豫。
取向具有不同自旋能级, 这种现象称为能级分裂.
*
当置于外磁场H0中时，相对于外磁场，有（2I+1）种 取向： m为磁量子数，取值范围：I，I-1，…，-I， 共（2I+1）种取向。
核磁原理及解析方法 ppt课件
二、简化谱图的方法
methods of simpling spectrograph
三、谱图解析
spectrum unscrambling
四、谱图联合解析
deduce the structures from NMR spectrum and IR spectrum
ppt课件
1
一、谱图中化合物的结构信息
nuclear magnetic resonance and chemical shift
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
• 第四节 谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； （2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； （3）峰的位移( )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； （4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （5）偶合常数(J)：确定化合物构型。
不足之处： 仅能确定质子（氢谱）。
ppt课件
5. =4.1(4H) 低场(吸电子),
两个 -O-CH2-
ppt课件
1700cm-1, C=0, 醛,酮，排除羧酸，
醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃，无芳环
24
内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
ppt课件
3
常见复杂谱图
X
7.55 8.0 O
3H 7.4
methods of simpling spectrograph
三、谱图解析
spectrum unscrambling
四、谱图联合解析
deduce the structures from NMR spectrum and IR spectrum
ppt课件
1
一、谱图中化合物的结构信息
nuclear magnetic resonance and chemical shift
• 第三节 自旋偶合与自旋裂分
spin coupling and spin splitting
• 第四节 谱图解析与结构确定
analysis of spectrograph and structure determination
（1）峰的数目：标志分子中磁不等性质子的种类，多少种； （2）峰的强度(面积)：每类质子的数目(相对)，多少个； （3）峰的位移( )：每类质子所处的化学环境，化合物中位置； （4）峰的裂分数：相邻碳原子上质子数； （5）偶合常数(J)：确定化合物构型。
不足之处： 仅能确定质子（氢谱）。
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5. =4.1(4H) 低场(吸电子),
两个 -O-CH2-
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1700cm-1, C=0, 醛,酮，排除羧酸，
醇，酚 <3000 cm-1, -C-H 饱和烃，无芳环
24
内容选择：
• 第一节 核磁共振基本原理
principle of nuclear magnetic resonance
• 第二节 核磁共振与化学位移
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常见复杂谱图
X
7.55 8.0 O
3H 7.4
基础医学课件-核磁共振波谱分析PPT课件
外加磁场强度下发生核跃迁时，氢核需要的能量将高 于氟核
2020年10月2日
11
5.2.3 核的回旋
当原子核的核磁矩处于外加磁场B0 中，由于核自
身的旋转，而外加磁场又力求它取向于磁场方向，在 这两种力的作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方 向进行回旋，这种运动称为Larmor进动。
2020年10月2日
2020年10月2日
22
样品处理
对液体样品，可以直接进行测定。对难以溶解的 物质，如高分子化合物、矿物等，可用固体核磁共振 仪测定。但在大多数情况下，固体样品和粘稠样品都 是配成溶液（通常用内径4mm的样品管，内装0.4mL 质量分数约为10%的样品溶液）进行测定。
溶剂应该不含质子，对样品的溶解性好，不与样 品发生缔合作用。常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳 和氘代试剂等。四氯化碳是较好的溶剂，但对许多化 合物溶解度都不好。氘代试剂有氘代氯仿、氘代甲醇、 氘代丙酮、重水等，可根据样品的极性选择使用。氘 代氯仿是氘代试剂中最廉价的，应用也最广泛。
在上图中，当自旋取向与外加磁场一致时（m =＋1/2）， 氢核处于一种低能级状态（E=－μB0）；相反时（m=－ 1/2），氢核处于一种高能级状态（E=＋μB0）两种取向间 的能级差，可用ΔE来表示：
ΔE = E2－E1 =＋μB0－(－μB0) = 2μB0 式中：μ为氢核磁矩；B0为外加磁场强度
然而，核磁共振信号的强弱是与被测磁性核的天然丰 度和旋磁比的立方成正比的，如1H的天然丰度为99.985%， 19F和31P的丰度均为100%，因此，它们的共振信号较强， 容易测定，而13C的天然丰度只有1.1%，很有用的15N和17O 核的丰度也在1%以下，它们的共振信号都很弱，必须在傅 里叶变换核磁共振波谱仪上经过多次扫描才能得到有用的 信息。
2020年10月2日
11
5.2.3 核的回旋
当原子核的核磁矩处于外加磁场B0 中，由于核自
身的旋转，而外加磁场又力求它取向于磁场方向，在 这两种力的作用下，核会在自旋的同时绕外磁场的方 向进行回旋，这种运动称为Larmor进动。
2020年10月2日
2020年10月2日
22
样品处理
对液体样品，可以直接进行测定。对难以溶解的 物质，如高分子化合物、矿物等，可用固体核磁共振 仪测定。但在大多数情况下，固体样品和粘稠样品都 是配成溶液（通常用内径4mm的样品管，内装0.4mL 质量分数约为10%的样品溶液）进行测定。
溶剂应该不含质子，对样品的溶解性好，不与样 品发生缔合作用。常用的溶剂有四氯化碳、二硫化碳 和氘代试剂等。四氯化碳是较好的溶剂，但对许多化 合物溶解度都不好。氘代试剂有氘代氯仿、氘代甲醇、 氘代丙酮、重水等，可根据样品的极性选择使用。氘 代氯仿是氘代试剂中最廉价的，应用也最广泛。
在上图中，当自旋取向与外加磁场一致时（m =＋1/2）， 氢核处于一种低能级状态（E=－μB0）；相反时（m=－ 1/2），氢核处于一种高能级状态（E=＋μB0）两种取向间 的能级差，可用ΔE来表示：
ΔE = E2－E1 =＋μB0－(－μB0) = 2μB0 式中：μ为氢核磁矩；B0为外加磁场强度
然而，核磁共振信号的强弱是与被测磁性核的天然丰 度和旋磁比的立方成正比的，如1H的天然丰度为99.985%， 19F和31P的丰度均为100%，因此，它们的共振信号较强， 容易测定，而13C的天然丰度只有1.1%，很有用的15N和17O 核的丰度也在1%以下，它们的共振信号都很弱，必须在傅 里叶变换核磁共振波谱仪上经过多次扫描才能得到有用的 信息。
磁共振基本原理及读片PPT
组织结构变化
观察组织结构的变化，如 肿瘤的浸润、扩散和转移 等。
血流动力学改变
分析血流动力学参数，如 血流速度、血流量和血管 通透性等，以判断病变的 性质和程度。
功能代谢变化
利用磁共振波谱分析等方 法，检测组织的功能代谢 变化，如能量代谢、氧化 还原状态等。
多模态影像融合分析
融合方法
将磁共振图像与其他影像学检查 （如CT、超声等）进行融合，以
共振信号
共振信号是磁共振成像的基础，当射频脉冲停止后，原子核 会释放出共振信号，通过接收这些信号，可以获得物体的内 部结构信息。
磁共振成像原理
磁共振成像
磁共振成像是一种基于磁共振现象的医学影像技术，通过外加磁场和射频脉冲使 人体内的氢原子核发生能级跃迁，然后接收这些原子核返回的共振信号并重建图 像。
磁共振检查技术
常规磁共振检查
01
02
03
原理
利用强磁场和射频脉冲使 人体组织中的氢原子核发 生共振，通过测量共振信 号来获取图像。
应用
主要用于检测病变、肿瘤 、炎症等。
优势
无电离辐射，对软组织分 辨率高。
功能磁共振成像
原理
利用磁场变化检测血流动力学反 应，反映器官或组织的生理功能
。
应用
主要用于脑功能研究、肿瘤诊断等 。
详细描述
磁共振成像技术能够清晰地显示人体解剖结构，包括脑组织、脊髓、肌肉、骨 骼等，为医生提供丰富的诊断信息。在读片过程中，医生需要熟悉各组织器官 的正常形态和位置，以便准确判断是否存在异常。
病理征象分析
总结词
病理征象是疾病在磁共振图像上的表现，通过分析这些征象可以推断病变的性质和程度 。
详细描述
扩散加权成像（DWI）有助于评估肿 瘤的恶性程度和预后。
核磁共振谱图解析 ppt课件
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33
用NOESY方法对异构体的鉴别
•
在有机合成反应中会经常出现异构体 ,在异构体构型的鉴别 中，NOE是一种非常有效的手段。NOE谱对有机化合物结构、构 型、构象的鉴定能够提供重要信息. NOE谱可以采用一维方式或 二维方式 ,我们通常都采用二维谱图的方式，因为二维谱方便快 捷，可观察的信息全。 • NOE主要用来确定两种质子在分子立体空间结构中是否距 离相近。要求两种质子的空间距离小于5A. 从以上可以看出 NOE和空间因素很有关系,和相隔的化学键数无关，所以在分析 NOE谱图时候,一定要能画出结构的立体构型以便解析。下面是 用NOE方法来鉴别异构体的简单例子。
下面是四氢糖醇的结构图,可以看出手性碳对2,3,4,5位氢的空间上的影响.
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2.5
1.188 2.373
2.0
2.944
4 5
4
1.000
1.5
1.955 1.941 1.936 1.922 1.918 1.910 1.907 1.904 1.899 1.895 1.884 1.867 1.853 1.848 1.664 1.658 1.650 1.645 1.638 1.632 1.628 1.619 1.610 1.602 1.589
10-14 (DMSO); 7-10 (CDCl3) 8-10 (峰型尖锐) 5-8 (并且两个氢会分开) 7-13 9-12
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核磁共振基本原理PPT课件
2.自旋核在外加磁场中的取向(旋转方向)
取向数 = 2 I + 1
在没有外磁场时，自旋核的取向是任意的,并且自旋 产生的磁场方向也是任意的.
如:H的I=1/2,则:
1H核 ：自 旋 取 向 数 =2× 1/2+1=2
如即 果： 把H H核 核在 放外 在场 外有 磁两 场个 中自 ,由旋 于方 磁向 场相 间反 的的 相取 互向 。 作用, 氢核的磁场方向会发生变化:
N i e N j
x 6 .6 p 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 2 6 0. 0 3 0 2 6 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .9999
两能级上核数目差：1.610-5；
弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。
核的自旋角动量(ρ)是量子化的，不能任意取 值，可用自旋量子数(I)来描述。
I(I1) h 2
I＝0、1/2、1……
h:普朗克常数
I = 0， ρ=0， 无自旋，不能产生自旋角动 量，不会产生共振信号。 只有当I ＞ O时，才能
发生共振吸收,产生共振信号。
I 的取值可用下面关系判断：
2024/6/22
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
质量数（a）原子序数（Z）自旋量子（I）
取向数 = 2 I + 1
在没有外磁场时，自旋核的取向是任意的,并且自旋 产生的磁场方向也是任意的.
如:H的I=1/2,则:
1H核 ：自 旋 取 向 数 =2× 1/2+1=2
如即 果： 把H H核 核在 放外 在场 外有 磁两 场个 中自 ,由旋 于方 磁向 场相 间反 的的 相取 互向 。 作用, 氢核的磁场方向会发生变化:
N i e N j
x 6 .6 p 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 2 6 0. 0 3 0 2 6 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .9999
两能级上核数目差：1.610-5；
弛豫(relaxtion)——高能态的核以非辐射的方式回到低能态。 饱和(saturated)——低能态的核等于高能态的核。
核的自旋角动量(ρ)是量子化的，不能任意取 值，可用自旋量子数(I)来描述。
I(I1) h 2
I＝0、1/2、1……
h:普朗克常数
I = 0， ρ=0， 无自旋，不能产生自旋角动 量，不会产生共振信号。 只有当I ＞ O时，才能
发生共振吸收,产生共振信号。
I 的取值可用下面关系判断：
2024/6/22
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
质量数（a）原子序数（Z）自旋量子（I）
磁共振的原理与结构ppt课件
（五〕核磁共振现象
2 、进动的质子相位一 致，做同步同速运动， 使得在横轴方向上的 磁化矢量得以叠加， 并产生一个新的横向 磁 化 矢 量 ， RF 脉 冲 的 强度越大，持续时间 越长，横向进动偏转 的角度就越大。
（六〕核磁共振弛豫
当质子系统达到饱和状态后，停止RF 磁场后，激励过程结束。随后，吸收能 量跃迁到高能级的质子将释放吸收的能 量，很快回到外加磁场原先排列的平衡
MRI扫描机基本结构示意图
（一）主磁体系统
主磁体是MRI系统的核心部分 之一，其功能是提供使原子核定 向所必须的静磁场。 应用于临床医疗的MRI磁体强 度多为0.15-2.0T(特斯拉)。
1、磁体主要性能指标
•磁场强度：
场强越高，MR信号越强，影像信噪比越大
•磁场均匀度：
决定了图像的空间分辨率和信噪比
(二)外磁场对原子核自旋的影响
当外部施加一个恒定磁场后，则质子 沿外加磁场方向排列，产生净磁化。
1.低能级--自旋方向 与磁场方向一致 2.高能级--自旋方向 与磁场方向相反
(二)外磁场对原子核自旋的影响
在外磁场作用下，低能级的质子数目 要多于高能级的质子，在大量原子分布 的情况下，原子在不同能级上分布的数 目与温度与外磁场强度有关。
下肢血管造影MRA 三维重建图像
四、磁共振图像
2、磁体类型
GE Signa CV/i 1.5T 超导型MR机
2、磁体类型
匀场线圈：
任何磁体都不会产生绝对均匀的磁 场，所以还要加上一组匀场线圈，一 般由铌钛合金制成，置于磁体中心， 梯度线圈外,在安装时由工程师设定调 整，可将磁场均匀性提高100倍以上。
MRI扫描机基本结构示意图
MRI扫描机
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而是量子化的，共有（2I + 1）种取向。可用磁量子
数m表示：m：I，I-1，I-2
B0 I = 1/2
m = +1/2 m = 1/2
I=1
m =+1 m =
m = 1
m = m = m =
m = 1 m = 2
I=2
对于1H1原子核：I =1/2
共有2种取向：（+1/2，-1/2） 磁诱导产生自旋核的能级分裂：
产生NMR条件
（1） I 0 的自旋核
（2） （3）
外磁场 B0
与 B0 相互垂直的射频场B1 n射
=
—B—0
2π
信号
吸 收 能 量
0 低 场 H0 高 场
要满足核磁共振条件，可通过二种方法来实现： 扫频 — 固定磁场强度，改变射电频率对样品扫描 扫场 — 固定射电频率，改变磁场强度对样品扫描
1H-NMR的讯号依靠这些微弱过剩，低能态核吸收电 磁辐射跃迁到高能级而产生信号。
如果高能态核无法返回到低能态，那末随着跃迁的 不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直至消失， 处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等， 与此同步，NMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。 上述这种现象称为饱和。
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
的超导性质。 — 脉冲方波 (强而短的频带，一个脉冲中同时
包含了一定范围的各种射频的电磁波) 可将样品中所有的核激发。 — 自由感应衰减信号（FID信号） — 经傅立叶变换得到NMR图谱。
脉冲 照射 自旋核 共振 FID 傅立叶变换 谱图
B0越大， N-/N+越大，即低能态的核数越多。
弛豫方式： 1、自旋－晶格弛豫（纵向弛豫）：
反映了体系和环境的能量交换。“晶格”泛指 “环境”。高能态的自旋核将能量转移至周围的分 子(固体的晶格、液体中同类分子或溶剂分子)而转变 为热运动，结果是高能态的核数目有所下降。 2、自旋－自旋弛豫（横向弛豫）：
m = －1/2
m = 1/2
自旋核在B0场中的进动
当自旋核处在外磁场B0中时，除自旋外(自旋轴的方 向与 一致)，还会绕B0进动,称Larmor进动，类似
于陀螺在重力场中的进动。
旋进轨道
自旋轴
自旋的质子
H 0 BO
回旋轴
B0
B0
核磁距 自旋轴
回旋轴
自旋轴 核磁距
I = 1 /2
I = 1 /2
自旋核在BO场中的进动
E
0
E1
E2
h
⊿E
=
—— 2π
B0
3、核磁共振
在垂直于B0的方向加一个射频场B1，其频率为n射， 当E射= hn射 = ⊿E时，自旋核会吸收射频的能量，由 低能态跃迁到高能态（核自旋发生反转）。
h
⊿E
=
—— 2π
B0
n射 = —B—0
2π
• 磁场强度与射频频率成正比。 • 仪器的射频频率越大，磁场强度越大，谱图分辨率 越高。
反映核磁矩之间的相互作用。高能态的自旋核 把能量转移给同类低能态的自旋核，结果是各自旋 态的核数目不变，总能量不变。
N
hn
N+
R elaxation
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
均匀
偶数
奇数 1, 2, 3, … 有
奇数 奇数或偶数 1/2 3/2, 5/2, …
有 有
不均匀
均匀 不均匀
= ·P
P
=
h
2
I (I 1)
磁矩（） 磁旋比（ ）：核的特征常数
自旋角动量（P ） 自旋量子数(I )
• I = 0: P=0，无自旋，不产生共振信号。
I=0: 12C6 16O8
32S16
• I≠0 : P≠0 ，具有自旋现象。
I＝1/2，核电荷在核表面均匀分布。 核磁共振谱线窄，有利于核磁共振检测。
I=1/2: 1H1 13C6 15N7 19F9 31P15
2、自旋核在磁场中的取向和能级
• 无外磁场（B0）时，磁矩 的取向是任意的。
• 在B0中，I 0的自旋核，磁矩的取向不是任意的，
核磁共振氢谱
1. 核磁共振的基本原理 2. 核磁共振仪 3. 氢的化学位移 4. 影响化学位移的因素 5. 各类质子的化学位移 6. 自旋偶合和自旋裂分 7.偶合常数与分子结构的关系 8. 常见的自旋系统 9. 1H1 NMR谱的实验方法 10. 核磁共振氢谱解析
一. 核磁共振的基本原理
• 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。
实际上多用后者。
对于1H 核，不同的频率对应的磁场强度：
射频（MHZ）
磁场强度（特斯拉）
60
1.4092
100
2.3500
200
4.7000
300
7.1000
500
11.7500
饱和与弛豫
饱和： 在外磁场作用下，1H 倾向于与外磁场相同取向的排 列。处于低能态的核数目多，由于能级差很小，只 占微弱的优势。
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。
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。
质量数 核电荷数
偶数
偶数
I NMR信号 电荷分布
0
无
核弛豫：1H 核可以通过非辐射的方式从高能态转 变为低能态。 只有当激发和辐射的几率相等时，才能维持 Boltzmann分布，不会出现饱和现象，可以连续观 测到光谱信号。
Boltzmann分布（低能态的核数＞高能态的核数）：
N-/N+ = 1-E/KT= 1–( γh/2 )B0/KT
N+---- 低能态的核数 N- ---- 高能态的核数 k ----- Boltzmann 常数 T ----- 绝对温度
• 在核磁共振实验中，由于原子核所处的电子环境 不同，而具有不同的共振频率。 NMR信号包含许多共振频率的复合信号,分析困难。
• 傅立叶转换(FT)：将时域信号转换成频域信号。 在频域信号的图谱中,峰高包含原子核数目的信息, 位置则揭示原子核周围电子环境的信息。
FT
time
frequency
• 在PFT-NMR中，增设脉冲程序控制器和数据采集及处理系统。 • 脉冲发射时，待测核同时被激发，脉冲终止时，启动接收系统， 被激发的核通过弛豫过程返回。