C4核磁共现象.pptVIP

* 一、原子核的自旋角动量 原子核的自旋：原子核绕自身轴线的旋转 原子核的自旋角动量 大小 I —— 核自旋量子数，其值决定于组成原子核的 质子数 Z 和中子数 N h —— 普朗克常数 方向 右螺旋 ω LI 第十章 磁共振原理 § 10－1 原子核的磁性 偶偶核：Z=N 且均为偶数，I = 0, LI = 0 如： 如： 奇奇核：Z, N 均为奇数，I = 1,2, …为整数， LI ≠0 如： 奇偶核：Z, N 一奇一偶， 为半整数 , LI ≠0 磁矩：表示磁体、环形电流等固有性质的一个物理量。 如：环形电流或载流线圈，处在磁场中受到的最大磁力矩 μ= iS 叫环形电流的磁矩。方向：环形电流的法线方向。 T = i S B0 i —— 电流强度 S —— 环形电流面积 B0 —— 外磁场 环形电流的 固有性质 二、原子核的自旋磁矩 核的自旋磁矩：μI = γ LI LI：自旋角动量 γ：磁旋比，决定于核 的种类。 方向： μI 自旋磁量子数 2I+1 个 氢核： LI 在磁场中只有两种取向。 自旋磁矩的Z 分量 氢核：μIZ 也只有两个分量。 自旋角动量的Z 分量 B 三、自旋核能级在外磁场中的劈裂 自旋核在外磁场中产生附加能量 即 gI : 核的g 因子，决定于核的种类 核磁子，常作 为磁矩的单位。 mI = 0, ±1, ±2…±I, 核磁量子数 可见，自旋核在外磁场中具有的能量是量子化的，或 者说其能量分裂成了（2I+1）个能级。这就叫 做核能级的劈裂。 裂距A——相邻两能级的能量差 gI —— 同种核为常数 μN —— 核磁子，常数 B —— 外磁场 说明：同种核，在一定外磁场中，劈裂后相邻 两能级的能量差相同。 氢核 劈裂为两个能级： B = 0 E0 B≠ 0 能级差 一、磁共振条件 1、共振： F ① 共振条件 频率条件 相位条件 ② 共振现象是系统吸收外界 能量的一个过程。 2、核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)： 自旋核在旋进中吸收外界能量而产生的一种 能级跃迁现象。 射频脉冲 激励电磁场 § 10－2 磁共振现象 频率条件： 若射频电磁波的能量为 两相邻能级能量差 当 共振吸收 射频电磁波的频率： 相位条件： 射频电磁波的磁矢量必须 和核磁矩以相同的速度及方向 旋转。 即 比较，得 核旋进频率 频率条件 旋转磁场 二、 核磁共振的宏观描述 样品自旋核数密度ρ ：样品中单位体积内自旋核的数目。 1H核， ρ 表示样品中质子数密度。 磁化强度矢量 样品中单位体积内 核磁矩的矢量和 1、氢核群体的平时状态 B0 = 0 2、氢核在外加恒定磁场中的状态 B0 平行 反平行 低能级 高能级 M+ M=M+－M- 宏观磁矩 （磁化强度矢量） 平衡状态 MZ = M Mxy = 0 B0 M- x y z 影响M 大小的因素： ρ 大，M 大 B0 大，M 大 自旋核密度ρ ： 外磁场B 0 : 环境温度T： T ↑, M 小 射频电磁波对样品的激励 射频电磁波：激发样品中的氢核产生MR的交变 磁场，脉冲式的作用于样品。 当 使H ：低能级→高能级 射频电磁波对样品的激励是吸收能量的过 程（共振吸收）。 在射频脉冲的作用下，M 将偏离 Z 轴，并以Z为轴作锥 形转动，M的顶端划出一个球 形螺旋线。 x y Br x y z B0 M 旋转磁场Br的获得： 与M 绕B0的旋进方向相同，起旋转磁场的作用 E B v y’ x’ z’ θ 角脉冲：使M 偏离主磁场B0 为θ 角的 射频脉冲。 90°脉冲 θ M x y z Br 180°脉冲 θ z y x M Br γ —— 磁旋比 t —— 射频脉冲作用时间 Br—— 射频磁场（旋转磁场） 三、弛豫过程(relaxation process) 射频脉冲停止作用，受激的氢核释放出吸收的 能量，重新回到平衡状态的过程。 x y z B0 M0 90° Br M0 B0 激励 MZ =M0 Mxy = 0 平衡状态 MZ = 0 Mxy = M0 非平衡状态 MZ =M0 Mxy = 0 平衡状态 弛豫 B0 弛豫 释放能量 弛豫过程中MZ、Mxy的变化规律： t: 弛豫过程经历的时间 T1、T2：弛豫时间 MZ(t)、Mxy(t) ：