核磁共振基本原理09 PPT课件

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从核磁共振氢谱、核磁共振碳谱到核磁共振二维谱，从永久 磁铁仪器、电磁铁仪器到超导磁体仪器，从连续波仪器到脉冲付 里叶变换仪器，从低磁场仪器（40兆赫、60兆赫、80兆赫、90兆 赫、100兆赫）到高磁场仪器（200兆赫、300兆赫、400兆赫、500 兆赫、800兆赫、900兆赫），核磁共振技术正以迅猛发展之势日 新月异。核磁共振在有机化学、植物化学、药物化学、生物化学 (shēnɡ wù huà xué)和化学工业、石油工业、橡胶工业、食品工业、医药 工业等方面应用越来越广泛。
核磁共振 （NMR） (hé cí ɡònɡ zhèn)
Nuclear magnetic resonance(NMR)
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一. 简 介 1. 发展概况
核磁共振（NMR）是根据有磁矩的原子 核
（如1H、13C、19F、31P等），在磁场的作用下，能够
(nénggòu)产生能级间的跃迁的原理，而采用的一种新技 术。这种新技术自1946年发现，中经50年代末高分辨 核磁共振仪问世以来，现已有很大发展。
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核磁矩在外磁场方向(fāngxiàng)上的分量μz亦量子化：
z
Pz
mh 2
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3、核的进动(jìn dònɡ)
将自旋核放在外磁场H0中时，自旋核的行为就像一 个在重力场中做旋转(xuánzhuǎn)的陀螺，即一方面自旋， 一方面由于磁场作用而围绕磁场方向旋转(xuánzhuǎn)，这 种运动方式称为进动，又称为Larmor进动。其进动频 率称为Larmor频率υ0， υ0∞H0
低场
向左
向右 磁场强度
（ 增大(zēnɡ dà)）
（ 减小）

exp
E exp kT
h
kT

磁场强度2.3488 T；25C；1H的共振频率与分配比：
共振频率

2
B0

2.68108 2.3488 100.00MHz
2 3.24
Ni Nj

e
xp
6.626 1034 1.38066
相互作用, 产生进动(拉莫进动)进动频率 0； 角速度0；
0 = 2 0 = H0 磁旋比； H0外磁场强度；
两种进动取向不同的氢核之间的能级差： E= H0 （磁矩）
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三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
标样浓度（四甲基硅烷 TMS） ： 1%； 溶剂：1H谱 四氯化碳，二硫化碳； 氘代溶剂：氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物；
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傅立叶变换核磁共振波谱仪
不是通过扫场或扫频产生共 振；
恒定磁场，施加全频脉冲， 产生共振，采集产生的感应电 流信号，经过傅立叶变换获得 一般核磁共振谱图。 （类似于一台多道仪）
共振条件： 0 = H0 / (2 ) （1）对于同一种核 ，磁旋比 为定值， H0变，射频频率变。 （2）不同原子核，磁旋比 不同，产生共振的条件不同，需要的磁场强度H0和 射频频率不同。
（3） 固定H0 ，改变（扫频） ，不同原子核在不同频率处发生共振（图）。 也可固定 ，改变H0 （扫场）。扫场方式应用较多。
condition of nuclear magnetic resonance 四、核磁共振波谱仪
nuclear magnetic resonance spectrometer

•对磁共振而言,检测的生物体信息是磁共振信号
加快磁共振成像时间的途径
回波平面序列
•使成像时间由常规的扫描序列的秒级提高到了亚秒 级；30ms之内采集一幅完整的图像，使每秒获取的图 像达到20幅 ； •心脏电影 成为可能并进入临床； •从原理上讲，EPI应归属于GRE类序列，但现在已自 成体系了 ； •分为梯度回波EPI 和自旋回波EPI ； •梯度的转换速度要达到今天常规梯度的4倍，梯度的 幅值也需提出1倍。这样的梯度就是前面所说的振荡 梯度，而振荡梯度的代价是高昂的。
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9.3
驰豫过程的综合表示（三种运动的综 合过程）
磁化矢量的进 动
纵向磁化的逐 渐增大过程
横向磁化的逐 渐减小过程
磁共振信号的获取与傅立叶变换
• 如果在垂直于XY平面，加一个接收线圈， 会接收到什么信号？
FID
补充说明3点
•组织的弛豫时间是组织的一种固有属性，与 组织的密度类似，在场强和环境确定后其时 间是一个确定不变的值；
14N 1
3.08
99.63 10mM
19F 1/2 40.05
100
10mM
23Na 3/2 11.26
100
80mM
31P 1/2 39K 3/2
17.23 1.99
100
10mM
93.1 45mM
相對靈敏 度
1
3×10-3 2×10-7 9×10-5 1×10-3 4×10-5 1×10-4
• 如果此时去掉RF脉冲，质子将会恢复到 原来状态，当然恢复有一个时间过程， 这个过程就叫弛豫过程。
横向弛豫过程t2弛豫过程用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间纵向磁化为零横向磁化最大b反平行质子释放能量跃迁回平衡态纵向磁化逐渐增大c最后回归原始状态纵向磁化恢复到最大用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感a射频结束瞬间横向磁化达到最大进动相位一致bc内部小磁场的不均匀性使得进动相位分散横向磁化矢量逐渐减小用一个半导体功率器件作为开关该器件不断地重复开启和关断使得输入的直流电压在通过这个开关器件后变成了方波该方波经过电感纵向恢复时间t1是由于被激发的反平行于静磁场的质子恢复到平行状态所以纵向磁化增大

化学分析
核磁共振波谱法在化学领域中用于分 析物质的化学结构和组成，通过测量 原子核的共振频率来推断分子结构。
核磁共振的重要性
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科学研究
核磁共振为科学研究提供 了强有力的工具，帮助科 学家深入了解物质的微观 结构和动态行为。
医学诊断
核磁共振成像技术在医学 诊断中具有重要价值，能 够提高疾病诊断的准确性 和可靠性。
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
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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。
工业应用
在工业领域，核磁共振技 术可用于产品质量控制、 生产过程监控以及新材料 的研发等。
02 核磁共振的基本原理
原子核的磁性
原子核具有磁性
原子核中的质子和中子具有自旋，从 而产生磁矩。不同原子核的磁矩大小 和方向不同，这决定了它们在磁场中 的行为。
磁矩的表示
磁矩的大小与原子核中的质子数和中子 数相关，通常用希腊字母μ表示。不同 原子核的μ值不同，决定了它们在磁场 中的共振频率。
核磁共振基本原理课件
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目录
• 引言 • 核磁共振的基本原理 • 核磁共振的实验技术 • 核磁共振的应用实例 • 核磁共振的未来发展
01 引言
核磁共振的发现
核磁共振的发现
1946年，美国科学家F.Bloch和E.M.Purcell因各自独立发现了核磁共振现象， 共同获得了诺贝尔物理学奖。这一发现为后来的核磁共振技术发展奠定了基础。