2-核磁共振与EPR1
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磁共振常用英文缩写词典
磁共振常用英文缩写词典AACR美国放射学会ADC模数转换器、表面扩散系数BBBB血脑屏障BOLD血氧合水平依赖性（成像法）CCBF脑血流量CBV脑血容量CE对比度增强CSI化学位移成像CHESS化学位移选择性（波谱分析法）CNR对比度噪声比CNS中枢神经系统Cr肌酸CSF脑脊液DDAC数模转换器DDR偶极-偶极驰豫、对称质子驰豫DICOM医学数字成像和通信标准DTPA对二亚乙基三胺五乙酸DWI扩散加权成像DSA数字减影成像术DRESS磷谱研究所用空间定位法，又称深度分辨表面线圈波普EEPI回波平面成像TE回波时间ETL回波链长度ETS回波间隔时间EVI回波容积成像EDTA乙二胺四乙酸ETE有效回波时间EPR电子顺磁共振ESR电子自旋共振FFFT快速傅里叶变换FLASH快速小角度激发FSE快速自旋回波FE场回波FID自由感应衰减FOV成像野FISP稳定进动快速成像FLAIR液体抑制的反转恢复fMRI功能磁共振成像FID自由感应衰减信号FIS自由感应信号FT傅里叶变换FWHH半高宽GGM灰质GMC梯度矩补偿GMN梯度矩置零GMR梯度矩重聚GRE梯度回波HHPG-MRI超极化气体磁共振成像术IIR反转序列IRSE反转恢复自旋回波序列KK-spaceK空间LLMR定域磁共振MMRA磁共振血管成像MRCM磁共振对比剂MRI磁共振成像MRM磁共振微成像MRS磁共振波谱学MRSI磁共振波谱成像MRV磁共振静脉造影MT磁化转移MTC磁化转移对比度MAST运动伪影抑制技术MIP最大密度投影法MTT平均转运时间MESA多回波采集MPR多平面重建MP-RAGE磁化准备的快速采集梯度回波序列MS-EPI多次激发的EPINNEX激励次数NMR核磁共振NMRS核磁共振波谱学NSA信号(叠加)平均次数NV信号采集次数PPCM顺磁性对比度增强剂PEACH突出化学位移的顺磁性增强PS部分饱和PSSE部分饱和自旋回波PC相位对比PCr磷酸肌酸PCSI信号强度变化率PD质子密度PDW质子密度加权PEDRI质子电子双共振成像RRF射频脉冲RARE驰豫增强的快速采集方法ROI感兴趣区SSAR（射频）特定吸收率SR饱和恢复序列SE自旋回波SNR,S/N信噪比SS-EPI单激发EPISPIR谱预饱和反转恢复SSFP稳态自由进动SSI固态成像STE受激回波SSC稳定状态相干技术STEAM空间定域的受激回波采集序列STIR短TI反转恢复TTE回波时间TI反转时间TOF时间飞越效应TMR局部磁共振(波谱法)TSE快速自旋回波VVOI感兴趣空间VSE容积选择性激发WWI加权像WM白质SWI是近几年发展起来的反映组织磁敏感特性的新技术,对静脉结构、血液代谢物、铁质沉积的改变十分敏感。
EPR电子顺磁共振 - 2
2004研究生课程— EPR
电子顺磁共振（EPR）概论 或电子自旋共振（ESR）概论
陈 家 富
合肥微尺度物质科学国家实验室 顺磁共振室
二00四年十一月
Application Fields of ESR Spectroscopy
Magnetic substance photo-translation Transition metal ion Catalyst Metal complex Teeth, Bone Shell, Coral Quartz, Aging Radiation defects Coal, Oil Erosion Spin label Fluidity SOD activity Aging, Cancer Co-enzyme Vitamin C, E, K Combustion Spin trap Active oxygen Enzyme Glass-fiber
EPR—基本原理三
EPR现象的严格论述，必须运用量子力学。 电子自旋体系的哈密顿算符为：
Ĥ = gβHŜz
Ŝz的自旋本征函数为│α > 和│β >，其本征值分
别为1/2和-1/2。
Ŝz│α > = 1/2│α >
Ŝz│β > = -1/2│β >
EPR—基本原理三
因此，两自旋态的能量为：
Eα = < α│Ĥ │α > = < α│g βHŜz│α > = (1/2) g βH Eβ = < β│Ĥ │β > = < β│g βHŜz│β > = -(1/2) g βH 两能级差： ΔE = E - E = g βH α β 若在与H垂直的方向施加一微波hυ，使得 hυ= gβH，即产生磁共振吸收。
电子顺磁共振（EPR）概论 或电子自旋共振（ESR）概论
陈 家 富
合肥微尺度物质科学国家实验室 顺磁共振室
二00四年十一月
Application Fields of ESR Spectroscopy
Magnetic substance photo-translation Transition metal ion Catalyst Metal complex Teeth, Bone Shell, Coral Quartz, Aging Radiation defects Coal, Oil Erosion Spin label Fluidity SOD activity Aging, Cancer Co-enzyme Vitamin C, E, K Combustion Spin trap Active oxygen Enzyme Glass-fiber
EPR—基本原理三
EPR现象的严格论述，必须运用量子力学。 电子自旋体系的哈密顿算符为：
Ĥ = gβHŜz
Ŝz的自旋本征函数为│α > 和│β >，其本征值分
别为1/2和-1/2。
Ŝz│α > = 1/2│α >
Ŝz│β > = -1/2│β >
EPR—基本原理三
因此，两自旋态的能量为：
Eα = < α│Ĥ │α > = < α│g βHŜz│α > = (1/2) g βH Eβ = < β│Ĥ │β > = < β│g βHŜz│β > = -(1/2) g βH 两能级差： ΔE = E - E = g βH α β 若在与H垂直的方向施加一微波hυ，使得 hυ= gβH，即产生磁共振吸收。
epr测试流程
epr测试流程EPR测试流程引言：EPR（电子顺磁共振）是一种用于研究物质中的未成对电子的技术。
它在化学、物理、生物等领域具有广泛的应用。
本文将介绍EPR测试的基本原理以及测试流程，以帮助读者更好地了解和应用这项技术。
一、EPR测试的基本原理EPR测试是通过检测物质中未成对电子的磁共振吸收来获取信息的。
未成对电子具有自旋，当物质受到微波辐射时，未成对电子会吸收能量并从低自旋态跃迁到高自旋态。
通过测量吸收的微波功率和磁场强度，可以获得未成对电子的信息，如自旋量子数、g因子和超精细结构等。
二、EPR测试的仪器设备进行EPR测试需要一些专用的仪器设备，包括EPR谱仪、微波源、磁场控制系统等。
EPR谱仪是核心设备，用于产生恒定的磁场和微波辐射，并记录电子磁共振信号。
微波源用于产生所需频率的微波信号，磁场控制系统则用于调节和稳定磁场强度。
三、EPR测试的样品制备在进行EPR测试前，需要对样品进行适当的制备。
首先，样品应是固态或液态，并且含有未成对电子。
其次，样品应尽量纯净，以避免杂质对测试结果的干扰。
最后，样品应根据具体需求进行适当的处理，如冷冻、干燥或稀释等。
四、EPR测试的操作步骤1. 设置磁场：打开磁场控制系统，根据测试需求设置合适的磁场强度。
2. 设置微波源：调节微波源输出的频率和功率，使其与样品的电子磁共振频率匹配。
3. 放置样品：将制备好的样品放置在EPR谱仪中，确保样品与磁场的方向一致。
4. 开始测试：启动EPR谱仪，开始记录电子磁共振信号。
同时，记录微波功率和磁场强度。
5. 数据分析：根据记录的信号和参数，进行数据处理和分析。
可以使用特定的软件进行谱图处理和参数提取。
6. 结果解读：根据数据分析的结果，解读样品中未成对电子的性质和特征。
可以与已知的参考数据进行比对，以验证测试结果的准确性。
7. 结束测试：关闭EPR谱仪和其他设备，整理和保存测试数据和样品。
五、EPR测试的应用领域EPR测试在许多领域具有重要的应用价值。
epr化学术语解释
epr化学术语解释EPR化学术语解释EPR（电子自旋共振）是一种广泛应用于化学和生物化学领域的实验技术，用于研究和解释物质中的电子结构和相互作用。
在本文中，我将深入解释EPR的原理、技术应用以及其在科学研究中的重要性。
一、EPR是什么？1. 原理解释EPR，全名为电子自旋共振，是一种基于电子自旋的物理现象的实验技术。
在原子、分子和固体物质中，电子具有自旋，类似于地球自转的自旋。
EPR利用这种自旋现象和物质与外加磁场或微波辐射的相互作用，来研究和解释电子结构、电子间相互作用以及物质性质的变化。
2. 技术应用EPR在化学和生物化学领域应用广泛，可以用于研究和解释很多不同的现象和物质，例如自由基、过渡金属配合物、生物大分子等。
通过测量和分析被研究物质吸收或发射的微波辐射，可以获得有关电子结构、电子间相互作用以及物质性质的重要信息。
二、EPR技术的基本原理1. 电子自旋和能级结构在EPR实验中，物质中的电子具有自旋，常用记号为S。
电子自旋受到外加磁场的影响，能量级别会发生变化。
通过对这些能级的研究，可以了解电子自旋态和能量间距等重要参数。
2. 微波辐射的作用EPR实验通常需要提供一个恒定的磁场，并附加一个微波源。
微波的频率和磁场的大小需要精确调控，以满足不同物质的研究需求。
微波辐射与物质中的电子自旋相互作用，会导致能级结构的改变。
3. 谱线和参数解析在EPR实验中，通过观察和分析样品吸收或发射的微波辐射谱线，可以获得有关电子结构、磁场大小以及其它物质性质的信息。
谱线的形状和参数解析对于理解和解释物质之间的相互作用以及其性质的变化至关重要。
三、EPR在科学研究中的重要性1. 分子结构和电子态的研究EPR可以提供有关分子结构和电子态的重要信息。
通过测量和研究不同分子中电子自旋的行为，可以了解分子之间的相互作用以及电子态的能量分布。
这对于药物研究、材料科学、光谱学等领域具有重要意义。
2. 自由基化学和生物体内过程的研究自由基是一类具有不成对电子的分子或原子，它们在许多化学和生物学过程中起着重要作用。
epr的工作原理
epr的工作原理
EPR（电子顺磁共振）是一种波谱技术，用于检测和研究含有未成对电子的顺磁性物质。
其工作原理如下：
1.电子的自旋和轨道运动：电子在原子核周围具有自旋和轨道运动。
这两种运动都会产生磁矩。
在没有外磁场的情况下，电子的磁矩随机定向，能级兼并。
2.外加磁场的作用：当将样品放置在具有较大外加磁场的样品腔中时，电子的自旋磁矩会受到外加磁场的影响，产生能级分裂。
大部分电子会顺着磁场方向排列，对应低能级；少部分电子反平行于外加磁场，对应高能级。
3.微波辐射：在垂直于磁场方向上施加频率适当的微波辐射。
当微波辐射的频率与电子能级间隙相匹配时，未成对电子会吸收微波能量，从低能级向高能级发生共振跃迁。
4.EPR谱仪检测：EPR谱仪可以检测到电子在吸收微波能量时产生的共振吸收峰。
通过一次微分，可以将吸收峰转化为常见的EPR图谱。
5.扫描方式：EPR实验中，可以采用固定磁场强度扫描频率（扫频法）或固定频率扫描磁场强度（扫场法）的方式寻找共振点。
6.g因子：g因子是描述未成对电子磁性质的重要参数，它与顺磁共振的位置有关。
g因子由电子的轨道角动量和自旋角动量共同决定，通常不等于自由电子的g因子。
总之，EPR技术通过检测顺磁性物质中的未成对电子在外加磁场和微波辐射作用下的共振吸收现象，研究电子的磁性质和结构信息。
第5章核磁共振谱
• 第二种，自旋-自旋弛豫（横向弛豫）。是相邻的同类磁 核中发生能量交换，使高能态的核回复到低能态。在这种 状况下，整个体系各种取向的磁核总数不变，体系能量也 不发生变化，半衰期为T2。
T1 >T2
14
• 激发和弛豫：有一定的联系，但弛豫并不是激发的逆过程， 没有对应关系。
• 两种弛豫不等速： T1 >T2；根据测不准原理，弛豫的时间 越短状态能量的不确定性越大，由E＝h则的不确定 性越大，谱线越宽。
19
5.2.1 化学位移及自旋-自旋分裂
同一种原子核在固定的磁场中 均以相同的频率共振。
原子核真正感受到的磁场强度H
核周围的电子云密度
核外电子云受到磁场H0作用时，根据楞次定律，会产生感应磁场 Hˊ，其方向与H0相反，因而对原子核产生屏蔽效应(H0·σ)。
➢σ称为屏蔽常数。
➢其大小表示改变H0的能力。 ➢基团不同则σ值不同，因而出现
8
5.1 核磁共振波谱
5.1.1 核磁共振的基本原理 1. 原子核的磁矩和自旋角动量
原子核的自旋如同电流在线圈中运动一样会 产生磁矩μ，其大小与自旋角动量P、核的磁旋 比γ有关，而P又与自旋量子数I有关。
式中，h为普朗克常数；I可为整数或半整数。
9
产生核磁共振的首要条件：核自旋时要有磁矩产生，I≠0
• 第3次，瑞士科学家Ernst因对NMR波谱方法、傅 里叶变换、二维谱技术的杰出贡献，获1991年诺贝 尔化学奖。
7
• 第4次，瑞士核磁共振波谱学家库尔特·维特里希 Kurt Wüthrich，首次用多维NMR技术在测定溶液 中蛋白质结构的三维构象，获2002年诺贝尔化学奖。
• 第5次，美国科学家保罗·劳特布尔 Paul Lauterbur 于1973年发明在静磁场中使用梯度场，能够获得磁 共振信号的位置，从而可以得到物体的二维图像； 英国科学家彼得·曼斯菲尔德 Peter Mansfield进一步 发展了梯度场方法，并用数学方法精确描述了磁共 振信号，实现了磁共振成像；快速成像方法为医学 磁共振成像临床诊断打下了基础。他俩获2003年诺 贝尔医学奖。
T1 >T2
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• 激发和弛豫：有一定的联系，但弛豫并不是激发的逆过程， 没有对应关系。
• 两种弛豫不等速： T1 >T2；根据测不准原理，弛豫的时间 越短状态能量的不确定性越大，由E＝h则的不确定 性越大，谱线越宽。
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5.2.1 化学位移及自旋-自旋分裂
同一种原子核在固定的磁场中 均以相同的频率共振。
原子核真正感受到的磁场强度H
核周围的电子云密度
核外电子云受到磁场H0作用时，根据楞次定律，会产生感应磁场 Hˊ，其方向与H0相反，因而对原子核产生屏蔽效应(H0·σ)。
➢σ称为屏蔽常数。
➢其大小表示改变H0的能力。 ➢基团不同则σ值不同，因而出现
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5.1 核磁共振波谱
5.1.1 核磁共振的基本原理 1. 原子核的磁矩和自旋角动量
原子核的自旋如同电流在线圈中运动一样会 产生磁矩μ，其大小与自旋角动量P、核的磁旋 比γ有关，而P又与自旋量子数I有关。
式中，h为普朗克常数；I可为整数或半整数。
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产生核磁共振的首要条件：核自旋时要有磁矩产生，I≠0
• 第3次，瑞士科学家Ernst因对NMR波谱方法、傅 里叶变换、二维谱技术的杰出贡献，获1991年诺贝 尔化学奖。
7
• 第4次，瑞士核磁共振波谱学家库尔特·维特里希 Kurt Wüthrich，首次用多维NMR技术在测定溶液 中蛋白质结构的三维构象，获2002年诺贝尔化学奖。
• 第5次，美国科学家保罗·劳特布尔 Paul Lauterbur 于1973年发明在静磁场中使用梯度场，能够获得磁 共振信号的位置，从而可以得到物体的二维图像； 英国科学家彼得·曼斯菲尔德 Peter Mansfield进一步 发展了梯度场方法，并用数学方法精确描述了磁共 振信号，实现了磁共振成像；快速成像方法为医学 磁共振成像临床诊断打下了基础。他俩获2003年诺 贝尔医学奖。
磁共振
固体中有两种或更多互相耦合的基团或磁共振系统时，一种基团或系统的磁共振可以影响另一种基团或系统 的磁共振，因而可以利用其中的一种磁共振来探测另一种磁共振，称为磁双共振。例如可利用同一物质中的一种 核的核磁共振来影响和探测另一种核的核磁共振，称为核－核磁双共振；可以用同一物质中的核磁共振来影响和 探测电子自旋共振，称为电子－核磁双共振；也可利用光泵技术来探测其他磁共振（如核磁共振或顺磁共振）， 称为光磁双共振或光测磁共振。
当M是顺磁体中的原子（离子）磁矩时，这种磁共振就是顺磁共振。当M是铁磁体中的磁化强度（单位体积中 的磁矩）时，这种磁共振就是铁磁共振。当M=Mi是亚铁磁体或反铁磁体中第i个磁亚点阵的磁化强度时，这种磁 共振就是由 i个耦合的磁亚点阵系统产生的亚铁磁共振或反铁磁共振。当M是物质中的核磁矩时，就是核磁共振。
磁共振也可用量子力学描述：恒定磁场B使磁自旋系统的基态能级劈裂，劈裂的能级称为塞曼能级（见塞曼效 应），当自旋量子数S=1/2时，其裂距墹E=gμBB,g为朗德因子,μ为玻尔磁子，e和me为电子的电荷和质量。外加 垂直于B的高频磁场b（ω）时，其光量子能量为啚ω。如果等于塞曼能级裂距，啚ω=gμBB=啚γB，即ω=γB （啚=h/2π，h为普朗克常数），则自旋系统将吸收这能量从低能级状态跃迁到高能级状态（激发态），这称为 磁塞曼能级间的共振跃迁。量子描述的磁共振条件ω=γB，与唯象描述的结果相同。
亦称抗磁共振。固体中的载流子（电子及空穴）和等离子体以及电离气体在恒定磁场 B和横向高频电场E （ω）的同时作用下，当高频电场的频率ω与带电粒子的回旋频率相等，ω=ωc，这些带电粒子碰撞弛豫时间τ 远大于高频电场周期，即τ≥1/ω时，便可观测到带电粒子的回旋共振。因此，回旋共振常是在高纯、低温（τ 大）和强磁场（ωc高）、高频率的条件下进行观测，其显著特征是在各向同性介质中，介电常数ε和电导率σ成 为张量,称为旋电性。这与其他的磁矩（自旋）系统的磁共振中磁导率 μ为张量（称为旋磁性）不相同。此外， 在电离分子中还可观测到各种带电离子的回旋共振──离子回旋共振。回旋共振主要应用于半导体和金属的能带 结构、载流子有效质量等的研究，也是实现研究旋电器件（如半导体隔离器）、微波参量放大器、负质量放大器、 毫米波激射器和红外激光器的物理基础。
《电子顺磁共振EPR》课件
电子顺磁共振(EPR) PPT课件
contents
目录
• 电子顺磁共振(EPR)简介 • EPR的基本技术 • EPR在来发展与挑战
01
电子顺磁共振(EPR)简介
定义与原理
定义
电子顺磁共振（EPR）是一种研究物质与辐射相互作用的物理方法，通过测量物 质中未成对电子在磁场中的共振吸收来获取物质内部结构和电子状态信息。
数据分析
根据EPR谱图的特征峰位置、形状和 强度，解析物质内部未成对电子的分 布和取向，从而推断出物质的结构和 性质。
03
EPR在科学研究中的应用
分子结构和化学环境研究
总结词
EPR技术可以提供分子结构和化学环境的信息，有助于深入了解分子的电子结 构和化学键的性质。
详细描述
EPR通过测量电子自旋共振信号的频率和强度，可以推断出分子中电子的分布 和跃迁情况，从而揭示分子的结构和化学环境。这对于理解化学反应机理、分 子识别和分子设计等领域具有重要意义。
医学研究
EPR用于研究生物组织中的 自由基、血红蛋白、肌红蛋 白等生物分子的结构和功能 ，以及与疾病相关的变化。
环境科学
EPR用于研究环境污染物的 电子结构和环境因素对其影 响。
02
EPR的基本技术
实验设置与设备
实验原理
电子顺磁共振是研究物质中未成 对电子的共振现象，通过测量样 品在特定频率电磁辐射下的吸收 和发射，可以获得关于物质内部
固体材料中的缺陷和掺杂研究
总结词
EPR技术可以用于研究固体材料中的缺陷和掺杂情况，有助于深入了解材料的物理和化学性质。
详细描述
EPR可以检测固体材料中的自由电子和缺陷态电子，通过测量这些电子的自旋共振信号，可以推断出 固体材料的结构和性质。这对于研究材料的物理和化学性质、新型材料的设计和开发等领域具有重要 意义。
contents
目录
• 电子顺磁共振(EPR)简介 • EPR的基本技术 • EPR在来发展与挑战
01
电子顺磁共振(EPR)简介
定义与原理
定义
电子顺磁共振（EPR）是一种研究物质与辐射相互作用的物理方法，通过测量物 质中未成对电子在磁场中的共振吸收来获取物质内部结构和电子状态信息。
数据分析
根据EPR谱图的特征峰位置、形状和 强度，解析物质内部未成对电子的分 布和取向，从而推断出物质的结构和 性质。
03
EPR在科学研究中的应用
分子结构和化学环境研究
总结词
EPR技术可以提供分子结构和化学环境的信息，有助于深入了解分子的电子结 构和化学键的性质。
详细描述
EPR通过测量电子自旋共振信号的频率和强度，可以推断出分子中电子的分布 和跃迁情况，从而揭示分子的结构和化学环境。这对于理解化学反应机理、分 子识别和分子设计等领域具有重要意义。
医学研究
EPR用于研究生物组织中的 自由基、血红蛋白、肌红蛋 白等生物分子的结构和功能 ，以及与疾病相关的变化。
环境科学
EPR用于研究环境污染物的 电子结构和环境因素对其影 响。
02
EPR的基本技术
实验设置与设备
实验原理
电子顺磁共振是研究物质中未成 对电子的共振现象，通过测量样 品在特定频率电磁辐射下的吸收 和发射，可以获得关于物质内部
固体材料中的缺陷和掺杂研究
总结词
EPR技术可以用于研究固体材料中的缺陷和掺杂情况，有助于深入了解材料的物理和化学性质。
详细描述
EPR可以检测固体材料中的自由电子和缺陷态电子，通过测量这些电子的自旋共振信号，可以推断出 固体材料的结构和性质。这对于研究材料的物理和化学性质、新型材料的设计和开发等领域具有重要 意义。
核磁一级谱跟二级谱的定义
核磁一级谱跟二级谱的定义
核磁共振（NMR）是一种重要的分析技术，可以用于确定化合物
的结构和组成。
在核磁共振谱学中，一级谱和二级谱是两种不同类
型的谱，它们提供了不同层次的信息。
一级谱通常是指质子核磁共振（1H NMR）或碳-13核磁共振
（13C NMR）谱。
这些谱用于确定分子中原子的化学环境和它们周围
的化学环境。
质子核磁共振谱显示了分子中氢原子的化学位移，耦
合常数和积分峰面积，这些信息可以帮助确定分子的结构。
而碳-13
核磁共振谱显示了分子中碳原子的化学位移，同样可以提供结构信息。
二级谱通常是指相关谱，如COSY（Correlation Spectroscopy）, NOESY（Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy）, HMQC（Heteronuclear Multiple Quantum Coherence）和HMBC（Heteronuclear Multiple Bond Correlation）等谱。
这些谱提供了不同原子之间的关联信息，例如质子之间的相
互作用，或者不同核之间的关联。
通过分析二级谱，可以确定分子
中不同原子之间的相互作用，从而进一步确定分子的结构。
总的来说，一级谱提供了关于分子中原子的化学环境的信息，而二级谱提供了关于不同原子之间相互作用的信息。
这两种谱在核磁共振谱学中起着至关重要的作用，帮助化学家确定未知化合物的结构和组成。
epr的工作原理 -回复
epr的工作原理-回复epr（电子顺磁共振）是一种强大的分析技术，广泛应用于化学、物理学、生物学和材料科学等领域。
它通过测量物质中未成对电子的行为，提供了关于物质结构和特性的宝贵信息。
本文将详细介绍epr的工作原理，从基础概念到仪器设备的运作，一步一步解释。
1. 电子顺磁共振的基本概念电子顺磁共振是一种类似于核磁共振的技术。
原子或分子中未成对电子具有自旋属性，就像地球自转一样。
这些未成对电子的自旋会与磁场相互作用，从而形成共振现象。
epr利用这种原理测量物质中未成对电子的行为，从而了解物质的特性和结构。
2. 电子顺磁共振的仪器设备电子顺磁共振仪器一般由四个主要部分组成：微波源、磁场系统、探测器和数据处理系统。
微波源产生既定频率的微波信号，磁场系统提供稳定的磁场使未成对电子发生共振，探测器接收并测量共振信号，数据处理系统用于处理和分析测量结果。
3. 磁场系统的工作原理磁场是电子顺磁共振的重要参数，它对共振现象的发生和测量结果有着显著影响。
磁场系统通常由永磁体或电磁体构成，用于产生稳定的恒定磁场。
在电子顺磁共振中，磁场的强度通常在几百到几千高斯之间，以使电子发生共振。
4. 激发和检测共振信号微波源产生的微波信号与磁场系统中的恒定磁场相互作用，使未成对电子的自旋状态发生变化。
当微波信号的频率与未成对电子的共振频率匹配时，未成对电子将吸收微波能量，从低能级跃迁到高能级。
这种跃迁会导致共振信号的出现。
探测器用于接收共振信号，并将其转换为电信号。
常用的探测器包括磁场调制器和检测线圈。
磁场调制器会引起微弱的磁场调制，使共振信号在时间上发生周期性变化，增强信号的检测灵敏度。
检测线圈负责接收信号，并将其转化为电压信号。
5. 数据处理和分析测量到的电压信号经过放大和滤波等处理之后，将被传送给数据处理系统。
数据处理系统通过数学算法和计算技术对测量信号进行分析和处理，提取出有用的信息。
这些信息包括共振信号的强度、峰位、形状等，从而推断出物质的特性和结构。
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与UV和红外光谱法类似，NMR也属于吸收光谱， 只是研究的对象是处于强磁场中的原子核对射频辐射 的吸收。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
1 原子核的磁矩和自旋角动量
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 ( 为磁旋比) 每种核有其固定 值（H核为2.68×108T-1s-1)。 是以核磁子为单位， ＝5.05×10-27J·T-1。
常用谱图
核吸收谱的吸收曲线和 电子吸收谱的一级微分
积分曲线
曲线
3.1 核磁共振波谱
NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射 (Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机 和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工 具之一，有时亦可进行定量分析。
在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在
第一种，自旋－晶格驰豫(纵向驰豫)。整个体系能 量降低。所需时间用半衰期T1表示。
第二种，自旋－自旋驰豫(横向驰豫)。体系能量不
变，半衰期为T2。
激发和驰豫有一定的联系，但驰豫不是激发的逆 过程。
T1≥ T2，驰豫过程的速率会影响谱线的宽度。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
3 驰豫过程 驰豫时间越快，状态能量的不确定性△E也就越
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
把TMS峰在横坐标的位置定为横坐标的原点(一
般在谱图右端)。其它各种吸收峰的化学位移用化
学位移参数 值表示， 的定义：
v(单位Hz ) 振荡器工作频率(单位MHz )
v为各吸收峰与TMS吸收峰之间共振频率的差值。
是一个比值，用ppm计量，与磁场强度无关，
H
m
h
2
E
m
h
2
H0
E
Em1 Em
h
2
H0
H H0
I
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
(I=1/2)
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
只要外加的射频能量符合下式：
E H H0 I hv 就能产生核量子态间的能级跃迁。
各种不同仪器上测定的数值一样。也用 作为化学
位移的参数， ＝10－ 。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
如果化学位移用 v 表示，则化学位移与耦 合常数的差别是：前者 与外加磁场强度有关， 场强越大，v 也越大； 而后者与场强无关，只 和化合物结构有关。
3.2 1H－核磁共振波谱
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
连续波核磁共振波谱仪(CW-NMR)包括：
1）磁铁：产生一个恒定的、均匀的磁场。磁场强度 增加，灵敏度增加。 2）探头：由样品管、扫描线圈和接收线圈组成。样
品管要在磁场中以几十Hz的速率旋转，使磁场的不均
匀平均化。扫描与接收线圈垂直放置，防相互干扰。 3）射频源：类似于激发源。 4）信号检测及信号处理。
低能级的核吸收射频波跃迁到高能级，产生核 磁共振吸收，此时，射频波的频率和外磁场强度 成比例。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为 (I=1/2)
图3-3 射频波频率与外磁场强度的关系
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
3 驰豫过程 在常温下，处于低能级的核数目仅比高能级的核
大，则△v的不确定性也就越大，谱线加宽。 当样品是固体或粘稠液体时，由于分子运动阻力
大，产生自旋－晶格驰豫的几率减小，而自旋－自 旋驰豫的几率增加，总体驰豫时间短，测得的谱线 加宽。所以在一般核磁共振中，需采用液体样品。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
两种形式：一是连续波的(CW-NMR)，另一是傅里 叶变换的(PFT-NMR)。
注意：化学等价，不一定磁等价，但磁等价的一定是化学等
价的。
CH2F2
在二氟甲烷中，两个1H核既是
化学等价，同时也是磁等价核；
H1 C
H2
F1
C F2
而在偏氟乙烯中虽然两个1H核是化学等价的，但因为
J J , J J , H1F1
H 2F1
H1F2
H 2F2
所以两个1H核是磁不等价的。
3.2 1H－核磁共振波谱
数目多出少许(约为10ppm)。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、低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！
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
乙炔分子中，质子处于屏蔽区，移向高场；苯环中，环质子处 于去屏蔽区，在低场出峰；醛基中，质子处于去屏蔽区，加上氧 的电负性的影响，处于低场。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
3 其它影响因素 氢键使质子在较低场发生共振。提高温度或使
v H0(1 ) 2
在一定的辐射频率下，处于不同化学环境的有机
化合物中的质子，产生核磁共振的磁场强度或共振
吸收频率不同的现象，称为化学位移。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分子内部相邻碳原 子上氢核自旋也会相互 干扰，通过成键电子之 间的传递，形成相邻质 子之间的自旋－自旋耦 合，而导致谱峰发生分 裂，即自旋－自旋分裂。
磁子/J/T
g因子 (又称朗德因子，无量纲) 结构表征的主要参数
称为核磁子，
1H的＝5.05×10-27
氢核1H的g因子为 gN＝5.5855 耦合常数J，单位Hz；化
学位移，常用单位ppm
称为玻尔磁子，
电子的＝9.273×10-24
自由电子的g因子为 ge＝2.0023 超精细分裂常数，常 用单位特斯拉
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分裂峰数是由 邻碳原子上的氢原 子数n决定的，为 n＋1，其峰面积之 比为二项展开式系 数。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分裂峰之间的距离称为耦合常数，一般用nJ 表 示(n为两 H 氢间的键数)，单位为Hz。J是核之间 耦合强弱的标志，它说明了它们之间相互作用的 能量，因此是化合物结构的属性，与外磁场强度 的大小无关。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
PFT-NMR： 它在一个脉冲中给出所有的激发频率，如果此脉冲
满足NMR条件，则在脉冲之后，于接收线圈上能感应 出该样品所有的共振吸收信号的干涉图（自由感应衰 减，FID）信号。是时间的函数，对此函数作傅立叶 变换处理后，可将其转换为常用的扫场波谱。
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
2 自旋系统 是由相互自旋－自旋耦合的质子所组成的基团。
❖ 3.2.2 谱图表示方法
1H-NMR谱图可提供的主要信息是： (1) 化学位移值；
确认氢原子所处的化学环境，即属于何种基团。 (2) 耦合常数；
推断相邻氢原子的关系与结构。 (3) 吸收峰面积
确定分子中各类氢原子的数量比。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
灵敏度提高（100倍）；测量速度快：一次脉冲相 当于CW－NMR的一次扫描；扩大应用范围。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应
磁场，就像形成了一个磁屏蔽，使外磁场对原子核的
作用减弱了，即实际作用在原子核上的磁场为H0(1 ), 称为屏蔽常数，它反映了核所处的化学环境。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
CW-NMR: 扫场法：固定照射频率，改变磁场强度； 扫频法：固定磁场强度，改变照射频率； 记录吸收分量与场强或频率的关系，即核磁共振波。 扫描速度不能太快，通常全扫描时间为200-300s。若 扫描太快，共振来不及弛豫，信号将严重失真。 灵敏度低、所需样品量大。对一些难以得到的样品， 无法进行NMR分析。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
横坐标表示的是化学位移和耦合常数，而纵坐 标表示的是吸收峰的强度。
由于屏蔽效应而引起质子共振频率的变化量极 小，很难分辨，因此，采用相对变化量来表示化 学位移的大小。一般选用四甲基硅烷(TMS)为标准 物，因为：
CH3
H3C Si CH3 CH3
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
a) 由于四个甲基中12 个H 核所处的化学环境完全相 同，因此在核磁共振图上只出现一个尖锐的吸收峰；
b) 屏蔽常数 较大，因而其吸收峰远离待研究的峰的
高磁场(低频)区； c) TMS—化学惰性、溶于有机物、易被挥发除去；
此外，也可根据情况选择其它标准物。 含水介质：三甲基丙烷磺酸钠。 高温环境：六甲基二硅醚。
NMR和EPR是将样品置于强磁场中，然后用射频 源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能 级的共振跃迁；而ESR是使未成对的电子产生自旋能 级的共振跃迁。
第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱法
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
1 原子核的磁矩和自旋角动量
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 ( 为磁旋比) 每种核有其固定 值（H核为2.68×108T-1s-1)。 是以核磁子为单位， ＝5.05×10-27J·T-1。
常用谱图
核吸收谱的吸收曲线和 电子吸收谱的一级微分
积分曲线
曲线
3.1 核磁共振波谱
NMR是研究处于磁场中的原子核对射频辐射 (Radio-frequency Radiation)的吸收，它是对各种有机 和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工 具之一，有时亦可进行定量分析。
在强磁场中，原子核发生能级分裂(能级极小：在
第一种，自旋－晶格驰豫(纵向驰豫)。整个体系能 量降低。所需时间用半衰期T1表示。
第二种，自旋－自旋驰豫(横向驰豫)。体系能量不
变，半衰期为T2。
激发和驰豫有一定的联系，但驰豫不是激发的逆 过程。
T1≥ T2，驰豫过程的速率会影响谱线的宽度。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
3 驰豫过程 驰豫时间越快，状态能量的不确定性△E也就越
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
把TMS峰在横坐标的位置定为横坐标的原点(一
般在谱图右端)。其它各种吸收峰的化学位移用化
学位移参数 值表示， 的定义：
v(单位Hz ) 振荡器工作频率(单位MHz )
v为各吸收峰与TMS吸收峰之间共振频率的差值。
是一个比值，用ppm计量，与磁场强度无关，
H
m
h
2
E
m
h
2
H0
E
Em1 Em
h
2
H0
H H0
I
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
(I=1/2)
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为
只要外加的射频能量符合下式：
E H H0 I hv 就能产生核量子态间的能级跃迁。
各种不同仪器上测定的数值一样。也用 作为化学
位移的参数， ＝10－ 。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
如果化学位移用 v 表示，则化学位移与耦 合常数的差别是：前者 与外加磁场强度有关， 场强越大，v 也越大； 而后者与场强无关，只 和化合物结构有关。
3.2 1H－核磁共振波谱
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
连续波核磁共振波谱仪(CW-NMR)包括：
1）磁铁：产生一个恒定的、均匀的磁场。磁场强度 增加，灵敏度增加。 2）探头：由样品管、扫描线圈和接收线圈组成。样
品管要在磁场中以几十Hz的速率旋转，使磁场的不均
匀平均化。扫描与接收线圈垂直放置，防相互干扰。 3）射频源：类似于激发源。 4）信号检测及信号处理。
低能级的核吸收射频波跃迁到高能级，产生核 磁共振吸收，此时，射频波的频率和外磁场强度 成比例。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
2 原子核在外加磁场作用下的行为 (I=1/2)
图3-3 射频波频率与外磁场强度的关系
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
3 驰豫过程 在常温下，处于低能级的核数目仅比高能级的核
大，则△v的不确定性也就越大，谱线加宽。 当样品是固体或粘稠液体时，由于分子运动阻力
大，产生自旋－晶格驰豫的几率减小，而自旋－自 旋驰豫的几率增加，总体驰豫时间短，测得的谱线 加宽。所以在一般核磁共振中，需采用液体样品。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
两种形式：一是连续波的(CW-NMR)，另一是傅里 叶变换的(PFT-NMR)。
注意：化学等价，不一定磁等价，但磁等价的一定是化学等
价的。
CH2F2
在二氟甲烷中，两个1H核既是
化学等价，同时也是磁等价核；
H1 C
H2
F1
C F2
而在偏氟乙烯中虽然两个1H核是化学等价的，但因为
J J , J J , H1F1
H 2F1
H1F2
H 2F2
所以两个1H核是磁不等价的。
3.2 1H－核磁共振波谱
数目多出少许(约为10ppm)。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、低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！
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.1 核磁共振的基本原理
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
乙炔分子中，质子处于屏蔽区，移向高场；苯环中，环质子处 于去屏蔽区，在低场出峰；醛基中，质子处于去屏蔽区，加上氧 的电负性的影响，处于低场。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
3 其它影响因素 氢键使质子在较低场发生共振。提高温度或使
v H0(1 ) 2
在一定的辐射频率下，处于不同化学环境的有机
化合物中的质子，产生核磁共振的磁场强度或共振
吸收频率不同的现象，称为化学位移。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分子内部相邻碳原 子上氢核自旋也会相互 干扰，通过成键电子之 间的传递，形成相邻质 子之间的自旋－自旋耦 合，而导致谱峰发生分 裂，即自旋－自旋分裂。
磁子/J/T
g因子 (又称朗德因子，无量纲) 结构表征的主要参数
称为核磁子，
1H的＝5.05×10-27
氢核1H的g因子为 gN＝5.5855 耦合常数J，单位Hz；化
学位移，常用单位ppm
称为玻尔磁子，
电子的＝9.273×10-24
自由电子的g因子为 ge＝2.0023 超精细分裂常数，常 用单位特斯拉
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分裂峰数是由 邻碳原子上的氢原 子数n决定的，为 n＋1，其峰面积之 比为二项展开式系 数。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
分裂峰之间的距离称为耦合常数，一般用nJ 表 示(n为两 H 氢间的键数)，单位为Hz。J是核之间 耦合强弱的标志，它说明了它们之间相互作用的 能量，因此是化合物结构的属性，与外磁场强度 的大小无关。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
PFT-NMR： 它在一个脉冲中给出所有的激发频率，如果此脉冲
满足NMR条件，则在脉冲之后，于接收线圈上能感应 出该样品所有的共振吸收信号的干涉图（自由感应衰 减，FID）信号。是时间的函数，对此函数作傅立叶 变换处理后，可将其转换为常用的扫场波谱。
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
2 自旋系统 是由相互自旋－自旋耦合的质子所组成的基团。
❖ 3.2.2 谱图表示方法
1H-NMR谱图可提供的主要信息是： (1) 化学位移值；
确认氢原子所处的化学环境，即属于何种基团。 (2) 耦合常数；
推断相邻氢原子的关系与结构。 (3) 吸收峰面积
确定分子中各类氢原子的数量比。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.3 化学位移、耦合常数与分子结构的关系
灵敏度提高（100倍）；测量速度快：一次脉冲相 当于CW－NMR的一次扫描；扩大应用范围。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.1 化学位移及自旋－自旋分裂
原子核处于外磁场中时，核外电子运动要产生感应
磁场，就像形成了一个磁屏蔽，使外磁场对原子核的
作用减弱了，即实际作用在原子核上的磁场为H0(1 ), 称为屏蔽常数，它反映了核所处的化学环境。
3.1 核磁共振波谱
❖ 3.1.2 核磁共振波谱仪
CW-NMR: 扫场法：固定照射频率，改变磁场强度； 扫频法：固定磁场强度，改变照射频率； 记录吸收分量与场强或频率的关系，即核磁共振波。 扫描速度不能太快，通常全扫描时间为200-300s。若 扫描太快，共振来不及弛豫，信号将严重失真。 灵敏度低、所需样品量大。对一些难以得到的样品， 无法进行NMR分析。
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
横坐标表示的是化学位移和耦合常数，而纵坐 标表示的是吸收峰的强度。
由于屏蔽效应而引起质子共振频率的变化量极 小，很难分辨，因此，采用相对变化量来表示化 学位移的大小。一般选用四甲基硅烷(TMS)为标准 物，因为：
CH3
H3C Si CH3 CH3
3.2 1H－核磁共振波谱
❖ 3.2.2 谱图表示方法
a) 由于四个甲基中12 个H 核所处的化学环境完全相 同，因此在核磁共振图上只出现一个尖锐的吸收峰；
b) 屏蔽常数 较大，因而其吸收峰远离待研究的峰的
高磁场(低频)区； c) TMS—化学惰性、溶于有机物、易被挥发除去；
此外，也可根据情况选择其它标准物。 含水介质：三甲基丙烷磺酸钠。 高温环境：六甲基二硅醚。
NMR和EPR是将样品置于强磁场中，然后用射频 源来辐射样品。NMR是使具有磁矩的原子核发生磁能 级的共振跃迁；而ESR是使未成对的电子产生自旋能 级的共振跃迁。
第三章 核磁共振与电子顺磁共振波谱法