脉冲核磁共振实验讲义PPT讲稿
脉冲核磁共振_4
附件材料二脉冲核磁共振实验基本原理核磁共振（NMR ）是一种磁共振现象，是原子核在核能级上的共振跃迁。
利用核磁共振可以测定原子核的磁矩，精确地测量磁场，研究物质结构。
1922年斯特恩（Otto Stern 1888—1969）通过实验，用分子束方法证明了原子核磁矩空间量子化，并为进一步测定质子之类的亚原子粒子的磁矩奠定了基础。
此后，拉比(Isidor Isaac Rabi 1898—1988)发展了分子束磁共振方法，可以精密测量核磁矩和光谱的超精细结构。
1946年布洛赫（Felix Bloch 1905—1983）实现了原子核感应，现称核磁共振（具有磁矩的原子核位于恒定磁场中时，将以一定的角速度围绕磁场轴作进动并最终沿磁场方向趋向。
如果垂直于该恒定磁场外加一弱交变磁场,且当交变磁场的圆频率和恒定磁场满足一定的关系时，核磁矩将会沿着固定轨道绕恒定磁场进动，同时出现能量的最大吸收）。
当年年底，塞尔(Edward Mills Purcell 1912—1997)首次报告了在凝聚态物质中观察到的核磁共振现象。
1943年斯特恩因在发展分子束方法上所作的贡献和发现了质子的核磁矩获得诺贝尔物理学奖。
1944年拉比因用共振方法记录了原子核的磁特性获诺贝尔物理学奖。
1952年布洛赫和塞尔因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现分享诺贝尔物理学奖。
在稳态核磁共振的基础上，1950年代出现了脉冲核磁共振方法，得到高灵敏度、高分辨率的核磁共振信号。
核磁共振与计算机结合，发展了许多高新技术。
一般地，连续波核磁共振波谱仪在任一瞬间，只有一种核处于共振状态，而其他核都处于“等待”状态，因此扫描速度慢，这就不利于对一些量小的样品和某些天然丰度小的核进行测定，由于它们必须采取累加的方法，而连续波核磁共振波谱仪扫描速度慢，耗时长，且难于保证信号长期不漂移；脉冲核磁共振波谱仪仪器工作的方式是利用短而强的射频脉冲，使所有的核同时都共振，从而在很短的时间内完成一张谱图的记录。
脉冲核磁共振
核磁共振及其成像实验一、引言核磁共振指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象，1939年首次被拉比在高真空中的氢分子束实验中观察到，之后广泛运用于医学成像领域。
本实验旨在掌握核磁共振基本原理，并利用核磁共振研究硬脉冲及其回波，测量横向弛豫时间，了解几种成像参数对图像的影响。
二、实验原理2.1核磁共振基本原理当一个样品被放在外磁场0B 中时，样品就会被磁化，产生能级分裂现象，所产生的能级间距为：0E B ћγ∆= (1) 若在该样品系统上加上一个射频磁场，当射频场能量等于能级间距时，样品对外加射频能量吸收达到最大，因此得到核磁共振产生的基本条件：00h ћB ћυωγ==(2) 因此得到拉莫尔方程00B ωγ= (3)其中0ω就是产生核磁共振的拉莫尔频率，γ为样品物质的磁旋比，0B 为外加磁场的磁场强度。
2.2自旋回波考虑一个90°-τ-180°-τ采样的脉冲序列。
把一个包含大量自旋数的样品分为610个系综，在每个区域，外磁场分布在一个很窄的范围，每个系综内有一确定的净磁化强度，它们都对总的磁化强度做出贡献。
第一个90°脉冲后，每一个这样的磁化矢量均以稍稍不同的频率作进动，彼此逐渐散相。
经过时间τ后，施之一个双倍宽度的180°脉冲，相位差全部反转，再经过适当时间τ后，所有系综回到同相位状态，总磁化强度达到最大值。
在样品线圈里，感应出“自旋回波”信t存在着采样时间较长的缺点，号，幅度一般小于FID信号。
由于此回波序列测量2故采用90°-τ-180°-2τ-180°-…序列。
2.3弛豫过程t表征由横向弛豫时间：起因于自旋-自旋之间的相互作用。
横向弛豫时间2于非平衡态进动相位相关产生的不为0的磁化强度横向分量M恢复到平衡态时t描述了垂直于磁场方向的核自旋磁矩相位无关所需特征时间。
即横向弛豫时间2恢复到热平衡态的快慢程度。
脉冲核磁共振NMR实验简介_2792.pptx
互作用能为：
E Z B0
因此如果将自旋量子数为I的原子核放入静止磁场，由
于 Z 有2I+1种取向，原子核的能级将裂分成2I+1个能级。
相邻能级之间的能级差相同，均为：
E B0
式中， egI 称为旋磁比。
2mp
3.核磁共振
射频脉冲的能量为 ERF h ，当
E ERF
即
B0 2
，此时发生核磁共振现象
脉冲核磁共振NMR实验简介
实验设备 实验原理 硬脉冲序列 参数设置
射频单元 梯度单元
磁体单元
1.核自旋与核磁矩 原子核的自旋运动会产生一个磁偶极子，称为原
子核的自旋磁矩。 自旋磁矩与自旋角动量之间的关系为：
e
I gI 2mp lI
2.核能级分裂
将一个核磁矩放入磁场中，磁矩与磁场之间具有的相
汪红志, 张学龙, 武杰. 核磁共振成像技术实验教程. 科 学出版社,2008年1月.
戴乐山, 戴道宣. 近代物理实验. 高等教育出版社,2006 年7月.
V (t) M0 sin cos(w0t)et /T2*
上式说明核磁共振的信号是一个自由衰减信号 （FID Free Induction Decay信号）
宏观磁化弛豫轨迹
FID信号
硬脉冲FID序列 硬脉冲
参数设置
频率接近共振时的信号
FFT
频率达到共振时的信号
FFT
RG：增益调整
增益分为四档，需要根据实际情况进行选择。
扫场/扫频
90°脉冲激发前后微观和宏观磁化矢量的变化
4.弛豫过程 自旋核子群受到射频激励后，磁化矢量失去平衡，偏
离Z方向，同时出现横向磁化分量，射频停止后，恢 复到平衡状态。 不同的组织成分的弛豫时间不同。
脉冲-核磁共振实验-13页
脉冲核磁共振实验核磁共振技术来源于1939年美国物理学家拉比（I.I.Rabi ）所创立的分子束共振法，他使用这种方法首先实现了核磁共振这一物理思想，精确德测定了一些原子核的磁矩，从而获得了1944年度的诺贝尔物理奖.此后,磁共振技术迅速发展,经历了半个多世纪的而长盛不衰,孕育了多个诺贝尔奖获得者,它还渗透到化学、生物、医学、地学和计量等学科领域,以及众多的生产技术部门,成为分析测试中不可缺少的实验手段.所谓核磁共振,是指磁矩不为零的原子核处于恒定磁场中,由射频或者微波电磁场引起塞曼能级之间的共振跃迁现象.核磁共振现象具有其特点,因此,我们先介绍一些核磁共振的基础知识.一、核磁共振基础知识1． Bloch 方程:1946年Bloch 采用正交线圈感应法观察水的核磁共振信号后就根据经典理论力学推导出Bloch 方程建立核磁共振的唯象理论。
长久以来大量的实验表明Bloch 方程在液体中完全精确，同时还发现Bloch 方程在其他能级跃迁理论也高度吻合，比如激光的瞬态理论中Bloch 方程同样适用。
所以Bloch 方程已经超越了半经典的陀螺模型，现在已经推广到磁共振以外的能级跃迁系统。
在激光物理中采用密度矩阵和Maxwell 方程组推导出Bloch 方程又称为Maxwell-Bloch 方程(有的书称为FHV 表象理论)。
所以Bloch 方程促进了量子力学的发展是非常重要的公式。
由于Maxwell-Bloch 方程推导涉及高等量子力学和量子电动力学等复杂的理论和繁琐的数学基础所以本文采用Bloch 半经典的唯象理论。
（1）半经典理论:将原子核等效为角动量为 L 的陀螺和具有磁矩为L γμ=磁针。
其中γ称为旋磁比。
原子核在外磁场作用下受到力矩 B T⨯=μ (1)并且产生附加能量B E⋅=μ (2)根据陀螺原理 T dt L d=和Lγμ=得B dtd⨯=μγμ(3) 其分量式)()()(y x x y zx z z x y z y y Z xB B dtd B B dt d B B dt d μμγμμμγμμμγμ-=-=-= (4)（2）驰豫过程:驰豫过程是原子核的核磁矩与物质相互作用产生的。
核磁共振基本原理PPT课件
9/20/2024
四、核磁共振波谱仪
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。
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NMR图
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1.化学位移:
吸收峰所在的相对不同位置. 在照射频率确定时，都是H核，所以吸收峰的位置 应该是相同的,而实际不是这样.
(1).化学位移的由来 —— 屏蔽效应
化学位移是由核外电子的屏蔽效应引起的。
h
E
Ih
H 0
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H核在分子中是被价电子所包围的。因此，在外加 磁场的同时，还有核外电子绕核旋转产生感应磁场H’。 如果感应磁场与外加磁场方向相反，则H核的实际感受 到的磁场强度为：
如果把H核放在外磁场中,由于磁场间的相互作用,
氢核的磁场方向会发生变化:
H' H'
1H 核： 自旋取向数 = 2×1/2 + 1 = 2
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即：H核在外场有两个自旋方向相反的取向。
一 致 H0 相 反
每一种取向都对映一个能级状态，有一个ms 。如： 1H核：标记ms为－1/2 和 +1/2
NMR 谱仪
600 MHz
磁体
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前置放大器
RF 产生 RF 放大 信号检测 数据采集控制 数据信息交流 运行控制 磁体控制
探头
机柜
核磁共振实验技术 教学PPT课件
Ʋ样品(600MHz) > Ʋ样品(400MHz), 分辨率 600MHz > V样品400MHz,
23
谱仪的分辨率
仪器的兆周数
1500Hz / 300 MHz = 5ppm 2000Hz / 400 MHz = 5ppm 2500Hz / 500 MHz = 5ppm 3000Hz / 600 MHz = 5ppm
3
NMR技术的起源与发展
（三）、核磁谱仪的发展 1946-1952布洛赫便和珀塞尔一起研制出世界上第一台核磁共振谱仪。 1953年，第一台商品谱仪问世。美国Varian公司，30Hz,7000高斯，0.7特斯拉 1964年，美国Varian公司，超导磁场核磁谱仪，200MHz,4.74特斯拉。 1969年，美国Varian公司，第一台傅里叶变换核磁谱仪，100MHz,2.35特斯拉。 1977年，美国Damadian，第一台人体核磁共振断层成像仪（CT） 1979年，德国Bruker公司，第一台500MHz超导核磁谱仪。 2000年，美国Varian公司，第一台900MHz超导核磁谱仪。
Methodological
Methodological Instrumental/ Methodological Methodological
TROSY
Methodological
52核磁共振的脉冲序列设计课件
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5.2 NMR脉冲序列设计
❖ 图5-27是二苯醚的 T1 系列图。图中依次排列出
不同的间隙时间 t 测得的谱图。当 t 值很小时，所有 的信号都是倒峰。
❖ 由于分子中各个 13C 磁核的 T1 值不相同，随着 t
值的增大，各信号峰由负变零，再由零返正的进程也 不同。
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❖ t > t0 时，uz > 0，经 90º脉冲作用后，观察 FID 信
号，经傅里叶交换后获得正的NMR信号。
❖ 当 t = t0 时， uz = 0，经90º脉冲后，观察不到信号。
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5.2 NMR脉冲序列设计
因此，只要适当地 选择一系列从小到大 的间隙时间t，就可以 找到 uz = 0 的时间 t0 ， 然后用式(5-18)计算
5.2 NMR脉冲序列设计
由于合矢量从 -0 开始向 +0 恢复，所以其中必存在
uz = 0 的状态：
' z
0
0[1 2 exp(t / T1)]
5-17
或
T1 t0 / 2.303lg 2 t0 / 0.693] 5-18
其中 t0 为脉冲停止后，到 uz = 0 时过程所经历的时间。
31
5.2.3 自旋 - 回波脉冲 自旋 - 回波脉冲脉冲序列为：
900x — e — 900x — 2 e — Acq
这里Acq意思是收集信号。
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5.2 NMR脉冲序列设计
❖ 在第一个 /2 脉冲结束后，隔 e 时间再给一个 /2 脉冲，2e 时间后会再出现一个FID信号，这一
脉冲核磁共振
反转恢复法测量 T1原理图→
三、实验内容
硬脉冲cpmg测T2
三、实验内容
核磁共振成像实例
数据采集实况
K空间图像
2维图像
数据采集实况
2维图像
伪彩色图像
三、实验内容
核磁共振成像
对于红豆和油样品的成像
Slice=0：纵截面成像
Slice=1：横截面成像
三、实验内容
X方向梯度（0至100，步幅20）
二、实验原理
梯度场 数据采 频率相
选层
集 位编码
k空间 成像
傅里叶 变换获 取图像
三、实验内容
❖ 测量中心频率
FFT变换后显示实部数据
FFT变换后显示模谱数据
三、实验内容
控制射频幅度大小
采样频率 数字滤波器的截止频率
中心主频率
ห้องสมุดไป่ตู้
控制射频时间大小
频率偏移
90°与180°脉冲间隔 （相位编码时间）
180°脉冲间隔，
[1]自旋回波的产生.
在不同环境中散相 Mxy(t)=Mxy(0)exp(-t/T2)
二、实验原理
❖ 宏观弛豫轨迹
FID信号
二、实验原理
❖ 实验仪器
NMI20Analyst台式核磁共振成像仪
仪器原理
仪器参数：铷铁硼永磁体
主磁场：0.536T 均匀性：15ppm/1000mm3 γ=42.58MHz/T(质子) 共振频率ω=B*γ=22.82MHz
Y方向梯度（0至100，步幅20）
三、实验内容
Z方向梯度（0至100，步幅 20）
采样频率SW（30至 170KHz）
三、实验内容
D2（μs） （200,300,400,500,700,800）
核磁共振讲义核磁共振(共59张PPT)
R ROHO
H OO
R
R'
H
1. 有两个电负性基团靠近形成氢键的质子，分别通过共价键和氢键产生吸电子 诱导作用，造成较大的去屏蔽效应，使共振发生在低场。
2. 分子间氢键形成的程度与样品浓度、测定时的温度以及溶剂类型等有关，因 此相应的质子化学位移值不固定。在非极性溶剂中，浓度越稀，越不利于形 成氢键。因此随着浓度逐渐减小，能形成氢键的质子共振向高场移动，但分 子内氢键的生成与浓度无关。所以可以用改变浓度的办法区分这两种氢键。
对质子的屏蔽作用较小。 • sp3、sp2和 sp杂化轨道中的 s成分依次增加，成键电子对质子的屏蔽作用依
次减小，δ值应该依次增大。实际测得的乙烷、乙烯和乙炔的质子δ值 分别为 0.88、5.23 和 2.88。
各向异性效应
环电流效应
环外氢受到强的去屏蔽作用: 8.9 环内H 在受到高度的屏蔽作用，: -1.8
耦合种类较少。 • 在 sp3杂化体系中由于单键能自由旋转，同碳上的质子许多是磁等价的
，但是在构象固定等条件下它们不再磁等价、同碳耦合就会发生。 • 在 sp2杂化体系中双键不能自由旋转，同碳质子耦合是常见的。
3J与Karplus公式
3J 是两面角的函数。它们之间的关系可以用 Karplus公式表示： 3JH,H=J0cos2-C (0 90 ) 3JH,H=J180cos2-C (90 180 )
大，共振发生在较低场，值较大。
• 电负性基团越多，吸电子诱导效应的影响越大，相应的质子化学位移 值越大
• 电负性基团的吸电子诱导效应沿化学键延伸，相隔的化学键越多，影响 越小。
相连碳原子的杂化态
• 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。s电子是球形对称的，离碳原子近，而离氢原子较 远。所以杂化轨道中 s成分越多，成键电子越靠近碳核，而离质子较远，
[核磁共振波谱学讲义]第三章—NMR实验技术基础(4脉冲技术)
![[核磁共振波谱学讲义]第三章—NMR实验技术基础(4脉冲技术)](https://img.taocdn.com/s3/m/2591b00a52ea551810a68791.png)
第三章 NMR 实验技术基础4 脉冲技术a 频偏效应(off-resonance effects)由于射频场为单色波，而样品中的化学位移有一定的范围，因此不同的核感受到的有效场也不同。
(1) 脉冲作用对象为Z 磁化向量 在off-resonance 状态，相位y 的脉冲作用于平衡态的z 磁化向量后：M M M M M M x y z ==-=+000221sin sin ;(cos )sin cos ;(cos cos sin )αθαθθθαθ当频偏大时有明显的相位及强度的畸变：tan (cos )cos sin (cos )sin sin βαθααθαγ==-=-⋅-M M B yx 111Ω这个式子适合于分析相位与频偏的关系。
当频偏不大于射频场频率时，90度脉冲后的水平分量的相位与频偏基本上是线性关系，βγτγττπ=-=-=-ΩΩΩB B 190190902 因此不太大的频偏下，实际的90度脉冲可以当成理想的90度脉冲，后跟一段演化期，时间长度为ττπ=290相比之下，有频偏时180度脉冲的效果要差的多，通常需要其他技术来弥补。
90度脉冲的激发曲线的第一个零点位于Ω=±151γB180度脉冲的激发曲线的第一个零点位于Ω=±31γB如蛋白质中C α的化学位移平均在56ppm 左右,而CO 的化学位移在174ppm 左右，若要激发其中之一同时对另一个影响最小，180度方波的功率应选择为1181256738562⨯=.Hz ,对应的脉冲宽度大约58.4μs.(2) 脉冲作用对象为水平磁化向量(nonresonant effects) 频偏较大时射频场的有效磁场接近Z 向，因此横向磁化向量在脉冲期间绕Z 轴有额外的进动，产生相移：φωτNR pt =<>122()Ω此处<>对脉冲串作平均，在多维谱中当τp 随间接维时间变化时（如去偶序列），这个相移在对应的间接维中表现为一个频移ωωNR t =<>122()Ω该图显示的是脉冲宽度58.4 s 的180度脉冲对横向磁化产生的额外相移。
MRI脉冲序列及其临床应用ppt课件
• 4. 回波链长度 回波链长度（echo train length，ETL） 的概念出现在FSE序列或EPI序列中。ETL是指一次90脉冲 激发后所产生和采集的回波数目。回波链的存在将成比例 减少TR的重复次数。在其他成像参数保持不变的情况下， 与相应的单个回波序列相比，具有回波链的快速成像序列 的采集时间缩短为原来的1/ETL，因此ETL也被称快速成像 序列的时间因子。
于无穷大。
用戶至上 用心服务 Customer First Service Foremost MSS整合规划项目组
• 2. 回波时间 回波时间（echo time，TE）是指产生宏观 横向磁化矢量的脉冲中点到回波中点的时间间隔。在SE序 列中TE指90脉冲中点到自旋回波中点的时间间隔。在梯 度回波中指小角度脉冲中点到梯度回波中点的时间间隔。
• 1. 重复时间 重复时间（repetition time，TR）是指脉冲 序列执行一次所需要的时间。在SE序列中TR即指相邻两个 90脉冲中点间的时间间隔；在梯度回波TR是指相邻两个 小角度脉冲中点之间的时间间隔；在反转恢复序列和快速 反转恢复序列中，TR是指相邻两个180反转预脉冲中点间 的时间间隔；在单次激发序列（包括单次激发快速自旋回 波和单次激发EPI）中，由于只有一个90脉冲激发，TR等
用戶至上 用心服务 Customer First Service Foremost MSS整合规划项目组
二、空间分辨力相关的概念 任何脉冲序列在实际应用中都会涉及到空间分辨力的
问题，实际上空间分辨力就是指图像像素所代表体素的实 际大小，体素越小空间分辨力越高。空间分辨力受层厚、 层间距、扫描矩阵、视野等因素影响。 • 1. 层厚 MRI的层厚（slice thickness）是由层面选择梯度 场强和射频脉冲的带宽来决定的，在二维图像中，层厚即 被激发层面的厚度。层厚越薄，图像在层面选择方向的空 间分辨力越高，但由于体素体积变小，图像的信噪比降低。 因此在选择层厚的时候既要考虑到空间分辨力，也要考虑 到图像信噪比。
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射频接受器：类似检测器的作用 检测试样对电磁波的吸收
工作方式 扫频：B0不变， 变化——类似吸收光谱法 扫场： 不变，B0变化——实际常用，方便， 在磁铁上加扫场线圈 通常扫描一张氢谱是时间是250 s 通常试样量数-数十mg，或0.1-0.5 mol/L 可采用重复扫描-累加平均的方式提高信噪比
脉冲傅立叶变换NMR波谱仪（pulse and Fourier transform NMR, PFT-NMR）
——工作方式：固定磁场，施加全频脉冲射频，测 定自由感应衰减信号随时间的变化，经傅立叶变换，得 到核磁共振波谱图。
——特点： 分析速度快（数秒），灵敏度高 试样量：1 mg甚至更低
能级分布与弛豫过程(Relaxation Process)
二、发展历史
1924年，泡利（Pauli)预见原子核具有自旋和核磁距 1946年，斯坦福大学布洛赫（Bloch）
哈佛大学珀塞尔（Purcell）
分别同时独立地观察到核磁共振现象
1952年，分享1952年诺贝尔物理奖 1953年，第一台商品化核磁共振波谱仪问世 1965年，恩斯特（Ernst)发展出傅里叶变换核磁共振 和二维核磁共振
NMR主要研究对象 I=1 （2H，14N ）I=3/2 （11B，35Cl，79Br, 81Br） 凡I≥1，I=1，2，3，……,3/2, 5/2, …
自旋情况复杂，目前NMR研究较少
2. 原子核能级的分裂及其描述
原子核之量子力学模型
带电原子核自旋
自旋磁场
磁矩 (沿自旋轴方向)
磁矩 的大小与磁场方向的角动量 P 有关： P
万分之十六！当低能级的核吸收了射频辐射后，被激发至
高能态，同时给出共振吸收信号。但随实验进行，只占微
弱多数的低能级核越来越少，最后高、 Nhomakorabea能级上的核数目
相等--------饱和-----从低到高与从高到低能级的跃迁的数目
相同---体系净吸收为0-----共振信号消失！
2、弛豫
何为弛豫？
处于高能态的核通过非辐射途径释放能量而及时返回
到低能态的过程称为弛豫。由于弛豫现象的发生，使得
处于低能态的核数目总是维持多数，从而保证共振信号
不会中止。弛豫越易发生，消除“磁饱和”能力越强。
据Heisenberg测不准原理，激发能量E与体系处于激
发态的平均时间(寿命)成反比，与谱线变宽成正比，
即：
E h 1
可见，弛豫决定处于高能级核寿命。而弛豫时间长，
脉冲核磁共振实验讲义课件
一、基本原理
原子核为带正电粒子 原子核的自旋产生小磁场
以核磁矩μ表征
类似电流线圈 产生磁场 右手定则
1．原子核的自旋
原子核自旋情况，自旋量子数表征 I=O （12C, 16O，32S, 28Si）--无自旋，无NMR I=1/2 （1H，19F，31P，13C ）--自旋情况简单，
1、核能级分布 在一定温度且无外加射频辐射条件下，原子核处在高、 低能级的数目达到热力学平衡，原子核在两种能级上的分 布应满足Boltzmann分布。
Ni
E
h
e kT e kT
Nj
通过计算，在常温下，1H处于B0为2.3488T的磁场中，
位于高、低能级上的1H核数目之比为0.999984。
可见，处于低能级的核数目仅比高能级的核数目多出百
（ 为磁旋比）
每种核有其固定 值（H核为2.68×108T-1s-1)。其中，
Pm h 或 2
m h ( 其 中m I, I - 1, I - 2,...- I) 2
其中h为Planck常数 (6.62410-27erg.sec)；m为磁量子数，其大小由自 旋量子数 I 决定，m 共有2I+1个取值，即角动量 P 有 2I+1 个状态！ 或者说有 2I+1 个核磁矩。
B0
E1/ 2
B0
PB0
m h 2
B0
1 2
h 2
B0
μ 顺磁 μ 抗磁
B0
（B0=0）
（B0≠0） m=-1/2
能级 分裂
h E 2 B0
m=+1/2
磁量子数
5.核磁共振现象和核磁共振条件
E
h 2
B0
0
2
B0
外界 射频 能量
h
E
h 2
B0
h0
外界射频频率
进动频率
总结：
核——原子核自旋 I≠0 磁——外加磁场 B0 诱导产生自旋能级分裂 共振——外界= 0进动 共振吸收 能级跃迁
核磁共振信号窄；反之，谱线宽。
弛豫可分为纵向弛豫和横向弛豫。
纵向弛豫T1
又称自旋-晶格弛豫。处于高能级的核将其能量及时转 移给周围分子骨架(晶格)中的其它核，从而使自己返回 到低能态的现象。
固体样品---分子运动困难--- T1最大---谱线变宽小--弛豫最少发生； 晶体或高粘度液体---分子运动较易--- T1下降---谱线 仍变宽---部分弛豫; 气体或受热固体---分子运动容易--- T1较小---谱线变 宽大---弛豫明显。 综述：样品流动性降低(从气态到固态)， T1增加，纵 向弛豫越少发生，谱线窄。
6．能级分布与弛豫过程 ——Boltzman公式计算结果： B0=1.409T 氢原子核 25℃ N高/N低=1000000/1000016 (通常UU-Vis中为1/100) 原因：能级差太小，热运动可产生跃迁 ——饱和：强射频照射，低能态原子核数减少，净吸 收减少至0，无吸收峰 ——弛豫：原子核激发态 非辐射跃迁 基态 保证连续的核磁共振吸收信号必要条件
3.原子核在均匀磁场中的能量……量子化的
能级：
M B
dp
M
dt
E B
p
d
B
dt
此即Bloch方程
4.原子核在均匀磁场中的运动－－拉莫尔进动
0
2
B0
以I=1/2的原子核为例 自旋取向有2I+1=2×1/2+1=2种，
即有两个能级=能级分裂
E1/ 2
B0
PB0
m
h 2
B0
1 2
h 2
1991年，被授予诺贝尔化学奖 2002年，NMR领域再一次获诺贝尔化学奖 核磁共振已成为最重要的仪器分析手段之一
三、核磁共振波谱仪
两类：连续波NMR 波谱仪 脉冲傅立叶变换NMR波谱仪
连续NMR 波谱仪
组成：磁铁，射线源，样品管，射频接受器，显示记录
磁铁：最重要部件，关系到仪器的灵敏度和分辨率 ——永久磁铁 ——电磁铁 <2.4 T 30,60,100 MHz ——超导磁铁 10-17.5 T 400-750MHz