核磁共振基本原理课件

不同能级上分布的核数目可由Boltzmann 定律计算：
N N ij ex E p ik E T j ex k p E T ex h k p 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 .6 率 2 8 1 3 8. 0 2 2 .3 44 18 .0M 8 0 Hz
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共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场,能级裂分;
(3)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 )
2020/3/30
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能级分布与弛豫过程
应用较多。
氢核（1H）： 1.409 T 共振频率 60 MHz 2.305 T 共振频率 100 MHz
磁场强度H0的单位：1高斯（GS）=10-4 T（特拉斯）
2020/3/30
讨论:
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在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结 构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移 和裂分，如右图所示。
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）
2020/3/30
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三、核磁共振条件
condition of nuclear magnetic resonance
nuclear magnetic resonance
自旋量子数 I=1/2的原子核 （氢核），可当作电荷均匀分 布的球体，绕自旋轴转动时， 产生磁场，类似一个小磁铁。
于外磁当场置，于有外（磁场2I+H10）中种时取，向相：对
氢核（I=1/2），两种取向 （两个能级）：
(1)与外磁场平行，能量低，磁量
2020/3/30
讨论:
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(1) I=0 的原子核 16 O； 12 C； 22 S等 ，无自 旋，没有磁矩，不产生共振吸收
(2) I=1 或 I >0的原子核 I=1 ：2H，14N I=3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I=5/2：17O，127I
子数ｍ＝＋1/2;
(2)与外磁场相反，能量高，磁量
子数ｍ＝－1/2;
2020/3/30
( 核磁共振现象) 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
两种取向不完全与外磁场平行，＝54°24’ 和 125 °36’相互作用, 产生进动(拉莫进 动)进动频率 0； 角速度0；
m=1/2 m=1
m=2
H0
m=1
m=0
mm==0-1
m=-1/2 m= -1
m= -2
I=1/ I=1
I=2
1H
E2=+ H0
H0
r
P
E= E2 － E1 = 2 H0 E1=－ H0
2020/3/30
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二、 核磁共振现象
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一、 原子核的自旋
atomic nuclear spin
若原子核存在自旋，产生核磁矩：
自旋角动量：
h 2
I(I1)
核 磁 矩： g I(I1)
1H 2.7927013C 0.70216
核磁子=eh/2M c；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，
2020/3/30
讨论:
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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
在外磁场中，原子核能级 产生裂分，由低能级向高能 级跃迁，需要吸收能量。
能级量子化。射频振荡 线圈产生电磁波。
对于氢核，能级差： E= H0 （磁矩） 产生共振需吸收的能量：E= H0 = h 0 由拉莫进动方程：0 = 2 0 = H0 ; 共振条件： 0 = H0 / (2 )
2020/3/30
这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布 不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自 旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有 机化合物的主要组成元素。
2020/3/30
z z z 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的 信息，进一步确定化合物结构。
2020/3/30
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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。
N N ij ex 6 .p 6 1 .3 2 1 8 6 3 0 0 1 41 6 2 0.0 3 0 6 2 0 0 1 960 8 J J K s 1 s K 1 0 .99998
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。
质量数（a） 原子序数（Z）自旋量子（I）
例子
奇数 偶数
奇或偶 偶数
1, 3, 5 222
0
I 12,1H1, 13C6 ,19F9 ,15N7
I
3,1 2
1B5
,3
5Cl1
7,
I
52,17O8
12C6 ,16O8 ,32S16
偶数
奇数
1，2，3……
I 1,2H1,14N7 , I 3,10B5