固体核磁共振 基础原理

固体核磁共振19.1 固体核磁共振基本原理19.1.1 核磁共振的基本原理及固体核磁中主要的相互作用如果我们将样品分子视为一个整体，则可将固体核磁中探测到的相互作用分为两大类：样品部的相互作用及由外加环境施加与样品的作用。

前者主要是样品在的电磁场在与外加电磁场相互作用时产生的多种相互作用力，这主要包括：化学环境的信息（分子中由于在电磁场屏蔽外磁场的强度、方向等），分子与分子间偶极自旋偶合相互作用，对于自旋量子数为>1/2的四极核尚存在四极作用。

外部环境施加与样品的主要作用有：1)由处于纵向竖直方向的外加静磁场作用于特定的核磁活性的核上产生的塞曼相互作用（Zeeman Interaction）, 核子相对映的频率为拉莫尔频率（Larmor Frequency）;2) 由处于x-y平面的振荡射频场产生的作用与待测样品的扰动磁场。

与溶液核磁共振技术测定化学结构的基本思路，在固体核磁共振实验中也是首先利用强的静磁场是样品中核子的能级发生分裂，例如对于自旋量子数I=1/2的核会产生两个能级，一个顺着静磁场方向从而导致体系的能量较低；另一个则逆着静磁场排列的方向使得体系相对能量较高。

经能级分裂后，处于高能级与低能级的核子数目分布发生改变，并且符合波尔兹曼分布原理：即处于低能级的核子数目较多而高能级的数目较少，最终产生一个沿竖直向上的净磁化矢量。

此磁化矢量在受到沿x-y平面的振荡射频磁场作用后产生一扭矩最终将沿竖直方向的磁化矢量转动一特定的角度。

由于这种射频脉冲施加的时间只是微秒量级，施加完射频脉冲后，体系中剩下的主要相互作用将会使这种处于热力学不稳定状态的体系恢复到热力学稳定的初始状态。

在磁化矢量的恢复过程中，溶液核磁中主要存在的相互作用有：化学位移，J-偶合等相对较弱的相互作用，而相对较强的分子间偶极自旋偶合相互作用在大多数体系中由于分子的热运动而被平均化。

但是在固体核磁共振实验中，由于分子处于固体状态从而难以使体系中的偶极自旋偶合作用通过分子热运动而平均化。

有机固态核磁
有机固态核磁共振（NMR）是一种用于研究有机化合物的结构和动力学的非常有用的技术。

它是一种基于核磁共振现象的分析方法，可以
通过观察分子中原子核的行为来确定分子的结构和化学性质。

有机固态核磁共振的原理是基于核磁共振现象。

当原子核处于磁场中时，它会产生一个自旋磁矩。

当外加一个射频场时，原子核会吸收能
量并发生共振。

通过测量吸收的能量和共振频率，可以确定原子核的
化学位移和化学环境。

有机固态核磁共振的应用非常广泛。

它可以用于研究有机化合物的结构、动力学和反应机理。

例如，可以用有机固态核磁共振来确定有机
化合物的立体构型、分子间相互作用和分子内动力学。

此外，有机固
态核磁共振还可以用于研究催化剂、聚合物和生物大分子等复杂体系。

有机固态核磁共振的优点在于它可以在固态下进行测量，因此可以研
究固态化合物的结构和动力学。

此外，有机固态核磁共振还可以用于
研究非晶态和无序态的化合物，这些化合物在液态下很难研究。

有机固态核磁共振的缺点在于它需要高灵敏度的仪器和技术，因此成
本较高。

此外，有机固态核磁共振还需要对样品进行处理和制备，因
此需要一定的实验技能和经验。

总之，有机固态核磁共振是一种非常有用的技术，可以用于研究有机化合物的结构和动力学。

它的应用范围非常广泛，可以用于研究各种复杂体系。

虽然有机固态核磁共振存在一些缺点，但它的优点远远超过了缺点，因此在有机化学研究中得到了广泛的应用。

利用固体核磁共振技术研究材料结构固体核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance, ssNMR）技术是一种用来研究固体材料中原子结构和分子结构的重要工具。

与传统的质谱手段相比，ssNMR可以在不需要大量的分析样本的情况下，研究材料中原子和分子结构的细节，特别是在非晶态或无晶体结构中。

因此，固体核磁共振技术在材料科学领域得到了广泛应用。

固体核磁共振技术的原理是利用核磁共振现象，即核自旋与外磁场间的相互作用，通过一系列的脉冲序列和回波信号生成，确定材料中原子的排列方式、化学键的性质和分子的构象等信息。

与液态核磁共振不同，固态核磁共振的信号产生方式更复杂，需要通过优化仪器的设计和信号处理算法，来克服信号噪声等技术难题。

固体核磁共振技术在材料科学中的应用非常广泛。

其中，最常见的应用是研究催化剂、聚合物材料和电子器件等。

催化剂是其中的一个重要领域。

对于催化剂材料的研究，需要通过核磁共振技术来确定催化剂中活性位置的结构，确定反应机理的信息。

聚合物材料是另外一个常见的研究领域。

对聚合物材料分子结构的理解和确定，有助于优化聚合物的特性，提高材料性能。

电子器件则是近年来新兴的应用领域，例如，ssNMR技术可以用来研究高分子电解质和电极材料，以确定电池的性能和特性。

除了上述的应用，ssNMR技术还可以应用在其他领域，例如，医药和化学研究等。

医药研究中，ssNMR技术可以用来确定药物的结构和稳定性。

特别是在新药开发中，ssNMR技术可以帮助科学家确定新药分子的合成路径、理解药物与生物体的相互作用等。

在化学研究方面，ssNMR技术可以用来研究分子结构和物理性质，例如，固体材料的同位素效应、低维材料中个别分子的相互作用等。

在总结使用ssNMR技术的应用领域时，可以看到这项技术已经成为材料科学领域中必不可少的工具之一。

除了此外，还需要提到的是，核磁共振技术是一项现代科学技术的代表，随着技术的发展和新应用的出现，其应用前景也愈发广阔。

固体核磁共振简介彭路明南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室0. 从液体核磁共振到固体核磁共振核磁共振现象源于核自旋和磁场的相互作用，1945年由Edward Mills Purcell 和Felix Bloch分别发现。

核磁共振谱学从此日渐成为探索物质物理、化学、电子等性质和分子结构的重要工具。

在核磁共振中，有许多核自旋的相互作用，每一种都可能包含着丰富的结构和动力学信息，加上能够定量分析、对样品无损伤以及可针对特定的原子（核）等特点，使核磁共振成为一种十分理想的强大的分析手段。

在核磁共振的这些相互作用中，有一些是各向同性的相互作用，另一些则是各向异性的相互作用。

它们的区别在，前者对核磁共振信号频率的影响与分子的空间取向无关，而后者则有关，故后者可能因为被测分子空间取向的不同而造成谱线的宽化，导致分辨率和灵敏度的降低。

在液体中，由于分子的快速翻滚运动，消除了各种可能使谱线宽化的各向异性的核磁共振相互作用。

因此，液体核磁共振谱图中的共振信号十分尖锐，有很高的分辨率，这是液体核磁共振成为测定溶液中化合物结构的最强大的方法的原因之一。

但在固体中，由于上述分子运动的缺失导致核磁共振信号受到各向异性的相互作用影响而被展宽，分辨率和灵敏度低。

如果希望得到类似液体核磁共振所给出的信息，必须通过高分辨率固体核磁共振技术才能实现。

以下将分别简要介绍固体核磁共振中的一些重要相互作用以及部分高分辨率固体核磁共振技术。

1. 固体核磁共振中的相互作用核磁共振中核自旋的相互作用可以分为两大类：外部相互作用（external spin interactions ）和内部相互作用（internal spin interactions ）。

前者是核自旋和外部仪器设备产生的磁场（如静磁场，射频场）的相互作用。

后者则相反，是核自旋和样品本身所产生的磁场和电场的相互作用，这些作用包括屏蔽作用（化学位移，奈特位移，顺磁位移等），偶极作用（直接和间接），四极作用等等。

固体核磁共振的原理及应用Solid-state NMR and Its Applications教学内容：NMR发展简史固体NMR基本原理固体NMR研究多孔材料结构与性质原位NMR研究催化反应机理与动力学Mo/HZSM-5催化剂上甲烷芳构化反应多相催化剂上烯烃氧化反应(TS-1)和复分解反应(Mo/HBeta)CHA分子筛上甲醇转化反应单壁碳纳米管(CNTs)中分子的吸附和扩散NMR 发展简史1946年哈佛大学的Purcell 与斯坦福大学的Bloch 等人发现特定结构中的磁核会吸收一定波长或频率的电磁波而实现能级跃迁，开辟了核磁共振分析的历史，因而获1952年诺贝尔物理学奖1951年Arnold 等发现乙醇的1H NMR 谱由三组峰（CH 3、CH 2、OH ）组成，发现了化学位移，进而发现了偶合现象，从而NMR 开始被化学家所重视1953年美国Varian 公司成功研制了世界上第一台商品化连续波NMR 谱仪（EM-300型，质子工作频率30MHz ，磁场强度0.7T ）1964年后，NMR 谱仪经历了两次重大的技术革命，其一是磁场超导化，其二是脉冲Fourier 变换技术（PFT ）的采用，从根本上提高了NMR 的灵敏度，谱仪的结构也有了很大的变化。

1964年Varian 公司研制出世界上第一台超导磁场的NMR 谱仪（200MHz ，场强4.74T ）使天然丰度很低的13C 及15N 等的NMR 测定成为可能1970年代，苏黎世瑞士联邦理工学院（ETH）的R.R. Ernst创立脉冲傅立叶变换核磁共振（FT-NMR）和发展了二维核磁共振(2D－NMR) ，1987年R.R. Ernst及其学生G. Bodenhausen和A. Wokaun合作出版《一维和二维核磁共振原理》，此书与A. Abragam出版的专著《核磁学原理》被称为NMR发展史上的两块里程碑。

1970s ---固体核磁、二维核磁、固体魔角旋转（MAS）技术（材料学）、核磁成像等相继出现1991年R.R. Ernst因其创立脉冲傅里叶变换核磁共振（FT-NMR）及发展二维核磁共振(2D-NMR)这两项杰出贡献,当之无愧的独享了1991年诺贝尔化学奖。

实验题目：水泥及原材料29Si固体核磁谱的测定实验目的了解固体核磁测试的原理，掌握一些相关的核磁信息。

能看懂固体核磁的基本图谱，会解一些基本的核磁图。

实验仪器：1.NMR（核磁共振）谱仪——AVANCEAV4OOMHZNMR2.样品管实验原理1、固体核磁共振基本原理固体核磁共振测试时，由于固体体系中的质子各向异性作用，相互偶极自旋耦合强度较高，表现在图谱上为宽线谱。

一般情况下，对固体样品测试会采用魔角旋转技术(MAS)与交叉极化技术(CP)来得到高分辨的固体杂核磁谱。

魔角旋转技术将样品填充入转子，并使转子沿魔角方向高速旋转，即使样品在旋转轴与磁场方向夹角β=θ=54°44 （魔角）的方向高速旋转来达到谱线窄化的目的。

在某些原子核的旋磁比较小的固体材料中使用交叉极化技术，由丰核(如1H)到稀核(如29Si)的交叉极化，使29Si的信号增强。

2、29SiNMR特征参数与结构的关系NMR的特征参数包括：谱线的数目、位置（化学位移）、宽度（峰形越锋利代表结晶性越好）、形状、面积和谱线的弛豫时间，现在主要通过化学位移来确定硅氧/铝氧多面体的聚合度，进而描述物质结构。

水泥矿物中，Si原子主要以硅氧四面体形式存在，以Q n (m Al)表示硅氧四面体的聚合状态，n为四面体的桥氧个数，m表示硅氧四面体相连的铝氧四面体个数。

Q0代表孤岛状的硅氧四面体[SO4]4−；Q1表示两个硅氧四面体相连的短链，表征C-S-H二聚体或高聚体中直链末端的硅氧四面体，通过29Si固体NMR研究可了解水泥的水化程度、C-S-H 结构及硅酸盐种类和水泥净浆的各种性能之间的相关性关系等信息。

实验内容1.制备样品2.插入样品管3.键入ej,将样品管放入磁体中，再键入ij。

4.建立新实验5.锁场6.调谐7.启动采集8.处理、打印图谱数据处理(到时打印出图谱再对应分析即可）图1 水泥的29Si-NMR图谱分析：图1是未水化硅酸盐水泥的29Si-NMR图谱，图谱中主要在化学位移为-71ppm左右存在一个较为尖锐的峰，在此位移的峰主要为孤立的岛状硅氧四面体结构。

固体核磁共振简介彭路明南京大学化学化工学院介观化学教育部重点实验室0. 从液体核磁共振到固体核磁共振核磁共振现象源于核自旋和磁场的相互作用，1945年由Edward Mills Purcell 和Felix Bloch分别发现。

核磁共振谱学从此日渐成为探索物质物理、化学、电子等性质和分子结构的重要工具。

在核磁共振中，有许多核自旋的相互作用，每一种都可能包含着丰富的结构和动力学信息，加上能够定量分析、对样品无损伤以及可针对特定的原子（核）等特点，使核磁共振成为一种十分理想的强大的分析手段。

在核磁共振的这些相互作用中，有一些是各向同性的相互作用，另一些则是各向异性的相互作用。

它们的区别在，前者对核磁共振信号频率的影响与分子的空间取向无关，而后者则有关，故后者可能因为被测分子空间取向的不同而造成谱线的宽化，导致分辨率和灵敏度的降低。

在液体中，由于分子的快速翻滚运动，消除了各种可能使谱线宽化的各向异性的核磁共振相互作用。

因此，液体核磁共振谱图中的共振信号十分尖锐，有很高的分辨率，这是液体核磁共振成为测定溶液中化合物结构的最强大的方法的原因之一。

但在固体中，由于上述分子运动的缺失导致核磁共振信号受到各向异性的相互作用影响而被展宽，分辨率和灵敏度低。

如果希望得到类似液体核磁共振所给出的信息，必须通过高分辨率固体核磁共振技术才能实现。

以下将分别简要介绍固体核磁共振中的一些重要相互作用以及部分高分辨率固体核磁共振技术。

1. 固体核磁共振中的相互作用核磁共振中核自旋的相互作用可以分为两大类：外部相互作用（external spin interactions ）和内部相互作用（internal spin interactions ）。

前者是核自旋和外部仪器设备产生的磁场（如静磁场，射频场）的相互作用。

后者则相反，是核自旋和样品本身所产生的磁场和电场的相互作用，这些作用包括屏蔽作用（化学位移，奈特位移，顺磁位移等），偶极作用（直接和间接），四极作用等等。

固体核磁共振固体核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance，简称SSNMR）作为一种先进的分析技术，已广泛应用于化学、生物、材料科学等领域。

它采用核磁共振技术，通过对固体样品中的原子核进行激发和检测，实现对样品结构、动力学和相互作用等信息的研究。

下面将从仪器原理、样品制备、实验操作和应用领域等方面介绍固体核磁共振的相关知识，希望对读者有所启发和指导。

首先，我们来了解固体核磁共振的仪器原理。

固体核磁共振与液体核磁共振在仪器方面存在一些区别。

固体核磁共振通常采用高场的超导磁体，例如1.5T、3T等，以提高信噪比和分辨率。

此外，固体样品通常不是液体，因此需要借助特殊的样品探头（如MAS探头）来实现样品的旋转，以消除电子效应和提高分辨率。

其次，样品制备是进行固体核磁共振实验的关键步骤之一。

固体样品的制备一般有两种方法，即粉末法和单晶法。

对于粉末样品，可以通过机械研磨和球磨等手段将样品研磨成微米级的粉末形式。

而对于单晶样品，需要通过晶体生长技术获得单晶样品。

此外，为了提高固体核磁共振实验的灵敏度和分辨率，还可以通过同位素标记和原子偏移技术对样品进行改进。

接下来，实验操作是进行固体核磁共振实验的重要环节。

实验前需要对仪器进行校准，并调整合适的脉冲序列和参数。

在样品放入探头之前，需要注意探头温度和湿度的控制，以避免对样品造成不利影响。

实验中的旋转速率、脉冲间隔等参数也需要根据具体实验目的进行调整。

在实验过程中，对于多种核的固体核磁共振实验，还需要考虑到魔角度、相位调整等技术，以增强实验数据的质量。

最后，固体核磁共振在化学、生物、材料科学等领域具有广泛的应用。

在化学领域，固体核磁共振可以用于研究化合物的结构和成键方式，如通过化学位移和耦合常数等参数来解析分子结构。

在生物领域，固体核磁共振可以用于研究蛋白质的结构和功能，如通过测量化学位移和二维谱图来解析蛋白质的二级结构和亚结构。

磁共振的原理固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。

在恒定外磁场作用下固体发生磁化，固体中的元磁矩均要绕外磁场进动。

由于存在阻尼，这种进动很快衰减掉。

但若在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰。

若产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（或离子）磁矩，则称为顺磁共振；若磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。

若磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩，则称为铁磁共振。

核磁矩比电子磁矩约小3个数量级，故核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低得多；同理，弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低。

从量子力学观点看，在外磁场作用下电子和原子核的磁矩是空间量子化的，相应地具有离散能级。

当外加高频电磁场的能量子hv等于能级间距时，电子或原子核就从高频电磁场吸收能量，使之从低能级跃迁到高能级，从而在共振频率处形成吸收峰。

利用顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。

核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。

核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。

铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。

磁共振基本原理磁共振（回旋共振除外）其经典唯象描述是：原子、电子及核都具有角动量，其磁矩与相应的角动量之比称为磁旋比γ。

磁矩M 在磁场B中受到转矩MBsinθ（θ为M与B间夹角）的作用。

此转矩使磁矩绕磁场作进动运动，进动的角频率ω=γB，ωo称为拉莫尔频率。

由于阻尼作用，这一进动运动会很快衰减掉，即M达到与B平行，进动就停止。

但是，若在磁场B的垂直方向再加一高频磁场b（ω）（角频率为ω），则b（ω）作用产生的转矩使M离开B，与阻尼的作用相反。

如果高频磁场的角频率与磁矩进动的拉莫尔（角）频率相等ω =ωo，则b（ω）的作用最强，磁矩M的进动角（M与B角的夹角）也最大。

固体核磁共振波谱仪基本原理是利用射频场引起有磁矩的原子核与外磁场相互作用而产生的磁能之间的跃迁。

核磁共振谱来源于原子核能级间的跃迁。

只有置于强磁场中的某些原子核才会发生能级分裂，当吸收的辐射能量与核能级差相等时，就发生能级跃迁而产生核磁共振信号。

用一定频率的电磁波对样品进行照射，可使特定化学结构环境中的原子核实现共振跃迁，在照射扫描中记录发生共振时的信号位置和强度，就得到核磁共振谱。

固体核磁技术浅析摘要：固体核磁技术是核磁技术的一个重要分支，固体核磁共振技术是以固态样品为研究对象的分析技术。

现在固体核磁技术已广泛用于研究无机材料和有机材料的微观结构。

文章主要从固体核磁共振技术的产生背景，原理及应用、前景四大方面来加以具体阐述。

关键词：固体核磁；各向异性；魔力转角；微观结构1 产生背景①起源。

核磁共振（NMR）现象源于核自旋和磁场的相互作用，最先在1945年由哈佛大学的Edward Mills Purcell和斯坦福大学的Felix Bloch分别独立观测到。

为此他们获得1952年诺贝尔物理学奖。

在核磁共振中，有许多核自旋的相互作用，每一种都可能包含着丰富的结构和动力学信息，加上能够定量分析且对样品无损伤以及可针对特定原子的特点，使核磁共振成为一种十分理想、强大的分析手段。

②发展（从液体核磁到固体核磁）。

1946年美国Varian公司研制出世界上第一台超导磁场的核磁共振谱仪（HR-200型，200MHZ，场强4.74T）。

1964年后，核磁共振谱仪经历两次重大的技术革命：其一是磁场超导化；其二是脉冲傅立叶变换技术。

从根本上提高了核磁共振波谱仪的灵敏度，谱仪的结构也有了很大的变化。

2004年布鲁克Biospin公司推出了全球第一款用于核磁共振领域的900 MHz主动屏蔽式超导核磁共振磁体产品900US2TMmagnet，是当时最高场强的主动屏蔽式磁体产品。

从20世纪70年代开始，在磁共振频谱学和计算机断层技术等基础上，又发展起一项崭新的核磁共振成像技术，在医学临床上获得巨大成功。

普通核磁共振波谱仪所测样品多为液体，物质的许多性质在液态时是无法观察到的，为此固体核磁技术应运而生。

现在利用固体核磁共振技术研究高分子化合物可以表征材料的分子结构进而监视反应的进度，在矿物分析、表面吸附和表面化学反应方面也具有独特的优势。

2 基本原理由于聚集态的差异使得固体和液体的物理性质不尽相同，为固体核磁技术的实现增加了难度。

固体核磁共振相互作用固体核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance，简称SSNMR）是一种用于研究固体材料结构和性质的重要技术。

它利用核磁共振现象来探测和分析固体样品中的原子核，为科学家揭示物质内部结构提供了强有力的手段。

固体核磁共振相互作用是指在固体样品中，原子核与周围原子核、电子、晶格等之间的相互作用。

这种相互作用可以通过核磁共振谱来表征和分析。

在固体核磁共振实验中，首先需要将固体样品置于一个强磁场中。

强磁场能够使样品中的原子核具有不同的能级分裂，从而产生核磁共振信号。

然后，通过施加特定的射频脉冲，可以激发样品中的原子核，使其从一个能级跃迁到另一个能级。

在这个过程中，原子核会吸收或发射特定的频率的电磁辐射，这就是核磁共振信号。

通过测量核磁共振信号的频率和强度，可以获得关于样品中原子核的信息。

固体核磁共振相互作用主要包括化学位移、耦合常数和化学位移各向异性等几个方面。

化学位移是指原子核在强磁场中的共振频率相对于参考物质的偏移。

不同的原子核在不同的化学环境中，由于受到不同的电子云和晶格效应的影响，其共振频率也会有所不同。

通过测量化学位移，可以确定固体样品中不同原子核的化学环境和化学键性质。

耦合常数是指固体样品中不同原子核之间的相互作用强度。

当两个原子核之间有化学键连接时，它们之间会发生磁偶极相互作用，从而导致共振频率发生变化。

通过测量耦合常数，可以获得关于化学键的信息，比如键的长度、角度等。

化学位移各向异性是指固体样品中不同方向的化学位移不同。

在一些晶体或有序材料中，由于晶格结构的对称性和取向效应，原子核在不同方向上的化学位移会有所差异。

通过测量化学位移各向异性，可以揭示材料的晶体结构和取向效应。

固体核磁共振相互作用不仅可以用于分析无机固体材料，还可以应用于有机固体材料、生物大分子等的研究。

通过固体核磁共振技术，科学家可以研究材料的结构、动力学、相变等性质，为新材料的设计和开发提供理论和实验依据。

固体核磁共振技术简介一．固体核磁共振原理简介固体核磁共振技术（SSNMR，Solid State Nuclear Magnetic Resonance）是以固态样品为研究对象的分析技术。

在液体样品中，分子的快速运动将导致核磁共振谱线增宽的各种相互作用（如化学位移各向异性和偶极-偶极相互作用等）平均掉，从而获得高分辨的液体核磁谱图；对于固态样品，分子的快速运动受到限制，化学位移各向异性等各种作用的存在使谱线增宽严重，因此固体核磁共振技术分辨率相对于液体的较低。

针对固体化学位移的各向异性以及自旋晶格驰豫时间很长的缺点，采用魔角旋转技术，通过使样品在旋转轴与磁场方向夹角为β=θ=54.7°（魔角）的方向高速旋转以及交叉极化等方法，则3cos²β-1=0，从而达到了窄化谱线的目的。

简言之，魔角旋转技术就是通过样品的旋转来达到减小分子相互作用的目的，将β与θ的差别平均掉，使上述不足之处得以顺利解决。

对于13C,15N等体系虽然通过魔角旋转技术有效地压制了同核偶极相互作用，但是这些核的旋磁比比较小，自然丰度比较低，因此如果采用直接检测这些核的实验方法将导致整个实验过程的灵敏度非常低。

为进一步提高这些核的实验灵敏度，又发展了交叉极化技术。

通过该技术可将1H核的磁化矢量转移到13C或15N等杂核上，从而提高这些杂核的实验灵敏度。

在测定杂核的固体核磁共振实验过程中，采用魔角旋转技术能够比较有效地去除同核间的偶极偶合作用（例如：13C-13C;15N-15N等），但是对于这些核与氢核间的偶极偶合作用则比较有限，为此还发展了多种去偶技术抑制这些杂核间的偶极耦合作用。

值得指出的是虽然在溶液核磁体系中已发展了多种去偶技术，但是由于在溶液体系中相应的作用力远小于固体状态的作用力，因此在固体核磁共振实验中所采用的去偶功率往往在100-1000瓦量级，而非溶液状态的瓦级。

固体核磁共振实验中高功率去偶技术的采用带来的一个不可避免的注意事项就是防止样品在照射过程中由于产生的热导致其变性。

固体核磁共振19.1 固体核磁共振基本原理19.1.1 核磁共振的基本原理及固体核磁中主要的相互作用如果我们将样品分子视为一个整体，则可将固体核磁中探测到的相互作用分为两大类：样品内部的相互作用及由外加环境施加与样品的作用。

前者主要是样品内在的电磁场在与外加电磁场相互作用时产生的多种相互作用力，这主要包括：化学环境的信息（分子中由于内在电磁场屏蔽外磁场的强度、方向等），分子内与分子间偶极自旋偶合相互作用，对于自旋量子数为>1/2的四极核尚存在四极作用。

外部环境施加与样品的主要作用有：1)由处于纵向竖直方向的外加静磁场作用于特定的核磁活性的核上产生的塞曼相互作用（Zeeman Interaction）, 核子相对映的频率为拉莫尔频率（Larmor Frequency）;2) 由处于x-y平面的振荡射频场产生的作用与待测样品的扰动磁场。

与溶液核磁共振技术测定化学结构的基本思路，在固体核磁共振实验中也是首先利用强的静磁场是样品中核子的能级发生分裂，例如对于自旋量子数I=1/2的核会产生两个能级，一个顺着静磁场方向从而导致体系的能量较低；另一个则逆着静磁场排列的方向使得体系相对能量较高。

经能级分裂后，处于高能级与低能级的核子数目分布发生改变，并且符合波尔兹曼分布原理：即处于低能级的核子数目较多而高能级的数目较少，最终产生一个沿竖直向上的净磁化矢量。

此磁化矢量在受到沿x-y平面的振荡射频磁场作用后产生一扭矩最终将沿竖直方向的磁化矢量转动一特定的角度。

由于这种射频脉冲施加的时间只是微秒量级，施加完射频脉冲后，体系中剩下的主要相互作用将会使这种处于热力学不稳定状态的体系恢复到热力学稳定的初始状态。

在磁化矢量的恢复过程中，溶液核磁中主要存在的相互作用有：化学位移，J-偶合等相对较弱的相互作用，而相对较强的分子间偶极自旋偶合相互作用在大多数体系中由于分子的热运动而被平均化。

但是在固体核磁共振实验中，由于分子处于固体状态从而难以使体系中的偶极自旋偶合作用通过分子热运动而平均化。

固体核磁共振相互作用
固体核磁共振相互作用是指固体物质中的核自旋与其周围环境的相互作用。

核磁共振是一种将核自旋与外部磁场相互作用的技术，通过核磁共振谱可以研究物质的结构、动力学和相互作用等信息。

在固体中，核自旋与其周围的晶格离子或分子发生相互作用，包括以下几种主要的相互作用：
1. 化学位移：当核自旋处于一个固体中时，其会受到周围电子云或晶格的屏蔽效应，导致核自旋共振频率发生位移。

这种位移称为化学位移，可以提供有关核附近电子环境的信息。

2. 核偶素耦合：如果两个或多个不同类型的核自旋相互靠近，它们之间可能会发生相互作用，导致核共振频率发生耦合。

这种相互作用称为核偶素耦合，可以提供有关核之间距离和相互作用强度的信息。

3. 双量子共振：当两个核自旋之间的相互作用接近于某个特定的共振条件时，核自旋可以同时吸收或发射两个量子的能量，这种现象称为双量子共振。

4. 电子-核自旋相互作用：固体中的电子自旋和核自旋之间可能也会发生相互作用，导致核共振频率发生改变。

这种相互作用可以为电子与核之间的电子自旋传递提供信息。

固体核磁共振相互作用的研究可以深入了解固体物质的结构、
动力学行为和相互作用机制，对材料科学、化学等领域具有重要的应用价值。

固体核该共振19.1固体核该共振基本原理19.1.1杖城共撅的基本虑理及囲体杖礙中宝要的柏互作用如果我们将样％分子视为一个整体，则可将固体核裁中探测到的相互作用分为两大类：样％内部的相互作用及由外加环境施加与样醃的作用。

前者主要是样％内淮.的电該场淮.与外加电该场相互作用时产生的多种相互作用力，这主要包括：化学环境的信息(分子中由于内准.色该场屛菽外裁场的强度、方向等丿，分子内与分子间偶极自炎偶合柏互作用，对于自炎量子数为＞1/2的四极核尚存征叨极作用。

外部环境施加与样氐的主要作用有：1)由处于纵向竖直方向的外加费该场作用于特走的核该活性的核上产生的塞曼相互作用(Zeeman Interaction),核子相对映的频率为拉莫余频率(Larmor Frequency);2)由处于x・y平面的振荡射频场产生的作用与待测样％的扰动滋场。

与徐液核该共振技术测定化学结构的基本思路，柱固体核该共振卖验中也是首先利用强的靜该场是样醃中核子的能级发生分製，例如对于匂炎量子数/=1/2的核会产生两个能级，一个顺着挣该场方向从而导致体糸的能量较低；另一个则逆着费该场排列的方向使得体糸相对能量较嵩。

经能级分裂后，处于嵩能级与低能级的核子数目分布发生改变，并且符合波余誉曼分布原理：即处于低能级的核子数目较多而嵩能级的数目较少，最终产生一个沿竖直向上的净滋化矣量。

此该化矣量淮.受到沿x-y平面的振荡射频该场作用后产生一扭矩最终将沿竖直方向的该化矢量转动一特定的角度。

由于这种対频脉冲施加的时间只是微秒量级，施加完射频脉冲后，体糸中剩下的主要相互作用将会使这种处于热力学不稳定状态的体糸恢复到热力学稳定的初始状态。

柱该化矣量的恢复过程中，涿液核该中主要存莊的相互作用有：化学住移，J■偶合等相对较弱的才目互作用，而柏对较强的分子问偶极自炎偶合柏互作用柱大多数体糸中由于分子的热运动而被平均化。

但是堆.固体核该共振卖验中，由于分子处于固体状态从而难以使体糸中的偶极自炎偶合作用通过分子热运动而平均化。

固体核磁共振19.1 固体核磁共振基本原理19.1.1 核磁共振的基本原理及固体核磁中主要的相互作用如果我们将样品分子视为一个整体，则可将固体核磁中探测到的相互作用分为两大类：样品内部的相互作用及由外加环境施加与样品的作用。

前者主要是样品内在的电磁场在与外加电磁场相互作用时产生的多种相互作用力，这主要包括：化学环境的信息（分子中由于内在电磁场屏蔽外磁场的强度、方向等），分子内与分子间偶极自旋偶合相互作用，对于自旋量子数为>1/2的四极核尚存在四极作用。

外部环境施加与样品的主要作用有：1)由处于纵向竖直方向的外加静磁场作用于特定的核磁活性的核上产生的塞曼相互作用（Zeeman Interaction）, 核子相对映的频率为拉莫尔频率（Larmor Frequency）;2) 由处于x-y平面的振荡射频场产生的作用与待测样品的扰动磁场。

与溶液核磁共振技术测定化学结构的基本思路，在固体核磁共振实验中也是首先利用强的静磁场是样品中核子的能级发生分裂，例如对于自旋量子数I=1/2的核会产生两个能级，一个顺着静磁场方向从而导致体系的能量较低；另一个则逆着静磁场排列的方向使得体系相对能量较高。

经能级分裂后，处于高能级与低能级的核子数目分布发生改变，并且符合波尔兹曼分布原理：即处于低能级的核子数目较多而高能级的数目较少，最终产生一个沿竖直向上的净磁化矢量。

此磁化矢量在受到沿x-y平面的振荡射频磁场作用后产生一扭矩最终将沿竖直方向的磁化矢量转动一特定的角度。

由于这种射频脉冲施加的时间只是微秒量级，施加完射频脉冲后，体系中剩下的主要相互作用将会使这种处于热力学不稳定状态的体系恢复到热力学稳定的初始状态。

在磁化矢量的恢复过程中，溶液核磁中主要存在的相互作用有：化学位移，J-偶合等相对较弱的相互作用，而相对较强的分子间偶极自旋偶合相互作用在大多数体系中由于分子的热运动而被平均化。

但是在固体核磁共振实验中，由于分子处于固体状态从而难以使体系中的偶极自旋偶合作用通过分子热运动而平均化。