第六章在磁场中的原子-2-2013.ppt

2.顺磁共振波谱的超精细结构 在有些情况下，一个共振峰又裂成几个很挨近的峰，称作波谱的超精细结构。 波谱的超精细结构是由于核磁矩的影响产生的。 MRI成像基本原理 MRI用于医学诊断的基础 氢原子核只有单一质子，具有最强的磁矩； 人体2/3的重量为水分，氢质子在人体内分布广，数量多，MRI一般选用氢为靶原子核； 人体内器官和组织中水分并不相同，很多疾病的病理过程会导致水分形态的变化，即可由磁共振图像反映出来。 作业：6-3，6-4，6-5 * * * * * (a)弱磁场：PL、PS围绕PJ旋转，同时PJ围绕B旋转 PS 快 B 慢 PL PJ 6.2.2、外磁场中原子能级的分裂 1. 弱磁场 外磁场比原子内的轨道、自旋运动产生的磁场弱. 磁量子数： 共（2J+1）个 ----洛仑兹单位 光谱项差： 无磁场 有磁场 MJ MJgJ 3/2 6/3 1/2 2/3 -1/2 -2/3 -3/2 -6/3 能级在磁场中分裂情况 3)分裂后的两相邻磁能级的间隔都等于 即由同一能级分裂出来的诸磁能级的间隔都相等,  但从不同的能级分裂出来的磁能级的间隔彼此  不一定相等,因为g因子不同。 1)原子在磁场中所获得的附加能量与B成正比； 结 论: 2)因为M取(2J+1)个可能值,因此无磁场时的原子  的一个能级,在磁场中分为(2J+1)个子能级。 例2 计算求下列能级的分裂情况：(1) (2) 解：(1) (2) B PL Ps (b) 强磁场：PL、PS围绕B旋转 取外磁场方向为Z轴方向， 能量与量子数 有关。 由于不再出现 ，也就没有 因子出现。 2. 强磁场 在强外磁场作用下， 不能再耦合成 ，而是分别直接与 耦合产生附加能量. 6.2.3 对史特恩-盖拉赫实验结果的解释 1921年史特恩---盖拉赫进行的实验是对原子角动量空间取向量子化的首次直接观察，是原子物理学最重要的实验之一。 1943年，史特恩获诺贝尔物理学奖，贡献：开发了分子束方法以及质子磁矩的测量 无磁场 有磁场 N S 1.实验结果 银原子束通过非均匀磁场时分裂成两束 (2)提出了新的矛盾 (1) 证明了空间量子化的存在 l = 0时，应该分裂成2 l +1= 1条沉积线。 为什么？？ 银原子却分解成2条沉积线。 2.实验结果解释 原子束偏离原方向的横向位移为 应为 在 方向的分量 : 有 个值，因而有 个条纹。 基态Ａｇ原子最外层为５s 电子，原子态： 两个条纹！ 3.意义 史特恩－盖拉赫实验证明了: 1.角动量空间量子化行为； 2.提供了测量原子、分子、质子磁矩的方法 3.电子自旋假设是正确的，而且自旋量子数s＝1/2； 4.电子自旋磁矩为 如果在原子所在的稳定磁场区域又叠加一个与稳定磁场相垂直的交变磁场,并且调整交变磁场的频率使 6.2.4. 顺磁共振 1.什么是顺磁共振？ 原子在外磁场B中： 塞曼能级的间隔： 电磁波能量被吸收，出现共振。称为“电子顺磁共振（EPR）”或“电子自旋共振（ESR）” 通常采用固定微波频率，改变磁场强度的方式测量 可以测量原子的g因子 磁场 微波发生器 探测器 记录仪器 样品 许多原子核具有固有磁距 , 就像小磁针一样， 6.2.5核磁共振（MRI) Nuclear Magnetic Resonance Imaging 从能量的角度：在外磁场作用下,将产生由核磁矩 引起的磁能级。 gI 核朗德因子 核磁子 两邻近磁能级之间的间隔为 当交变磁场的频率满足 将发生核的磁能级之间的共振吸收。这称为核磁共振。 物质结构分析 成像 2.核磁共振应用 （1）化学移位 同一种原子核在原子的不同化合情况下，其核磁共振频率有微小的差别． 如图酒精分子中H核磁共振谱线 它由相距很近的三条谱线组成． 这就表明价电子的不同结合状态，对核磁共振产生了微小的影响，由此发生的频移， 称作化学移位 其它：分子束磁共振法、磁感应法、光磁双共振 （具体见张延惠原子物理学） （2）核磁共振成像 后交通支动脉瘤 3D - MRA 例1：基态钠原子处在磁场B的微波谐振腔中，频率为ν＝1.0×1010