精选中科院核磁共振的资料共35页文档

核磁共振实验核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。

早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度，由此脉冲核磁共振得到迅速发展，成为物理、化学、生物、医学等领域中分析、鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。

核磁共振的物理基础是原子核的自旋。

泡利在1924年提出核自旋的假设，1930年在实验上得到证实。

1932年人们发现中子，从此对原子核自旋有了新的认识：原子核的自旋是质子和中子自旋之和，只有质子数和中子数两者或者其中之一为奇数时，原子核具有自旋角动量和磁矩。

这类原子核称为磁性核，只有磁性核才能产生核磁共振。

磁性核是核磁共振技术的研究对象。

一、基础知识1.具有自旋的原子核，其自旋角动量P 为)1(+=I I P (1)(1)式中，I 为自旋量子数，其值为半整数或整数，由核性质所决定。

π2h =，h 为普朗克常数。

自旋的核具有磁矩μ，μ和自旋角动量P 的关系为P γμ＝ (2)(2)式中，γ为旋磁比。

在外加磁场00=B 时，核自旋为I 的核处于)12+I （度简并态。

外磁场00≠B 时，角动量P和磁矩μ绕0B (设为z 方向)进动，进动角频率为： 00B γω= (3)(3)式称为拉摩尔进动公式。

拉摩尔进动公式可知，核磁矩在恒定磁场中将绕磁场方向作进动，进动的角频率0ω取决于核的旋磁比γ和磁场磁感应强度0B 的大小。

由于核自旋角动量P 空间取向是量子化的。

P 在z 方向上的分量只能取)12(+I 个值，即：m P z = ),1,,1,(I I I I m -+-⋅⋅⋅-= (4)m 为磁量子数，相应地m P Z Z γγμ== (5) 此时原)12+I （度简并能级发生塞曼分裂，形成)12+I （个分裂磁能级0000cos mB B B B E z γμθμμ-=-=-=⋅-= (6)相邻两个能级之间的能量差0ωγ ==∆B E (7) 对2/1=I 的核，例如氢、氟等，在磁场中仅分裂为上下两个能级。

核磁共振图谱课件核磁共振简介核磁共振现象核磁共振（NMR）是一种物理现象，指的是具有奇数个中子的原子核在外加磁场中会产生共振吸收特定频率的射频辐射。

最常见的核磁共振现象是氢原子的核磁共振，即氢核磁共振（^1H NMR）。

发展历史1946年，美国物理学家Bloch和Purcell独立发现了核磁共振现象。

此后，核磁共振技术得到了迅速发展，广泛应用于物理、化学、生物、医学等多个领域。

核磁共振的原理核磁共振的原理基于原子核的自旋和外加磁场之间的相互作用。

具有奇数个中子的原子核（如氢原子核）在外加磁场中会呈现出不同的能级，当射频辐射的频率与原子核的进动频率相原子核会吸收射频辐射，产生核磁共振信号。

核磁共振图谱核磁共振图谱的定义核磁共振图谱是一种用来表征样品中不同核素共振频率和强度信息的谱图。

它反映了样品中不同化学环境下的核磁共振信号，常用于分析化合物的结构、鉴定化合物和了解化合物的物理化学性质。

核磁共振图谱的主要参数1. 化学位移（δ）：表示共振信号相对于参照标准的偏移量，化学位移的大小与原子核所处的化学环境有关。

2. 耦合常数（J）：表示相邻原子核之间的耦合作用强度，反映了原子核之间的空间接近程度。

3. 积分强度：表示某个特定化学位移处的信号强度，与该化学位移处原子核的数目有关。

核磁共振图谱的类型1. 一维核磁共振图谱：最基本的核磁共振图谱，显示了一个检测器频率维度上的信号。

2. 二维核磁共振图谱：通过两个检测器频率维度上的信号进行绘图，可以提供更丰富的化学信息。

3. 三维核磁共振图谱：通过三个检测器频率维度上的信号进行绘图，具有更高的化学分辨率。

核磁共振图谱的解析核磁共振图谱的解析步骤1. 确定化学位移范围：根据样品的化学成分，确定核磁共振图谱的化学位移范围。

2. 寻找特征峰：在核磁共振图谱中寻找具有代表性的特征峰，这些峰对应于样品中的不同化学环境。

3. 分析耦合常数：根据耦合常数的大小，判断相邻原子核之间的连接方式，从而推断化合物的结构。

核磁共振系别：11系 学号：PB06210381 姓名：赵海波实验目的：观察核磁共振稳态吸收现象，掌握核磁共振的实验基本原理和方法，测量H 1和F 19的γ值和g 因子。

实验原理： 1．核自旋原子核具有自旋，其自旋角动量为h I I p )1(1+=（1）其中I 是核自旋量子数，其值为半整数或整数。

当质子数和质量数均为偶数时，I=0，当质量数为偶数而质子数为奇数时，I=0,1,2…，当质量数为奇数时，I=2n （n=1，3,5…）．2．核磁矩原子核带有电荷，因而具有子旋磁矩，其大小为)1(211+==I I g p m egN Nμμ （2）NN m eh2=μ （3）式中g 为核的朗德因子，对质子，g ＝5.586，N m 为原子核质量，N μ为核磁子，N μ＝227100509.5m A ⋅⨯-，令g m eN2=γ （4）显然有I I p γμ=（5）γ称为核的旋磁比。

3．核磁矩在外磁场中的能量核自旋磁矩在外磁场中会进动。

进动的角频率00B γω=（6）0B 为外恒定磁场。

表2.3.1-1列出了一些原子核的自旋量子数、磁矩和进动频率。

核自旋角动量I p 的空间的取向是量子化的。

设z 轴沿O B 方向，I p 在z 方向分量只能取mh p Iz = （m=I ，I-1，…，-I+1，-I ） （7）Iz Iz p γμ=（8）则核磁矩所具有的势能为000mB h B B E Iz I γμμ-=-=⋅-=（9）对于氢核（H 1），Ｉ＝21，m ＝21 ，021B h E γ =，两能级之间的能量差为000B g B h h E N μγω===∆（10）E ∆正比于O B ，由于N m 约等于电子质量的18401，故在同样的外磁场O B 中，核能级裂距约为电子自旋能级裂距的18401，这表明核磁共振信号比电子自旋共振信号弱的多，观测起来更困难。

４．核磁共振实现核磁共振，必须有一个稳恒的外磁场O B 及一个与O B 和总磁矩m 所组成的平面相垂直的旋转磁场1B ，当1B 的角频率等于0ω时，旋转磁场的能量为E h ∆=0ω，则核吸收此旋转磁场能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振。

实验五十二 核磁共振核磁共振技术（Nuclear Magnetic Resonance, 简称NMR ）是布洛赫（Felix Bloch ）和珀塞尔(Edward Purcell)于1945年分别独立的发明的, 此方法能够大大提高核磁矩测量的精度，他们因此获得了１９５２年的诺贝尔物理学奖。

此后许多科学家进入此研究领域，使其迅速发展成为一门新兴的实验技术。

如今NMR 不仅是一种直接而准确的测量原子核磁矩的方法, 而且已成为研究物质微观结构的工具，如研究有机大分子结构，精确测量磁场及固体物质的结构相变，等等。

另外，由于这种方法在对样品进行测量时，不会破坏样品，也不会破坏物质的化学平衡态，所以尤其适用于生命机体的研究。

二十世纪70年代利用超导磁体造出了8T 的磁场，使得核磁共振仪的分辨率大大提高。

瑞士科学家恩斯特(Richard R Ernst )就因在发展核磁共振光谱高分辨方法上取得的成就获得了1991年诺贝尔化学奖。

1９７３年，美国科学家保罗·劳特布尔（Paul Lauterbur ）发现利用核磁共振信号可以绘制物体某个截面的内部图像。

随后，英国科学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield ）进行了进一步验证和改进，发现不均匀磁场的快速变化可以更快地绘制物体内部结构图像，他还证明可以用数学方法分析所获得的数据，为利用计算机快速绘制图像奠定了基础。

在这两位科学家研究成果的基础上，第一台医用核磁共振成像仪于２０世纪８０年代初问世，其最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立体图像。

利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部位准确定位；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况。

如今全世界已经安装了2万多台核磁共振成像仪，每年有数以千万计的患者接受此项检查。

本实验以氢核为主要研究对象，目的在于掌握核磁共振技术的基本物理原理和信号探测方法。