- 1、本文档共20页,可阅读全部内容。
- 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
- 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载。
- 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
查看更多
核磁共振原理汇总
核磁共振实验
【实验简介】
核磁共振,是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。1945年,美国哈佛大学的珀塞尔等人,报道了他们在石蜡样品中观察到质子的核磁共振吸收信号;1946年,美国斯坦福大学布洛赫等人,也报道了他们在水样品中观察到质子的核感应信号。两个研究小组用了稍微不同的方法,几乎同时在凝聚物质中发现了核磁共振。因此,布洛赫和珀塞尔荣获了1952年的诺贝尔物理学奖。
以后,许多物理学家进入了这个领域,取得了丰硕的成果。目前,核磁共振已经广泛地应用到许多科学领域,是物理、化学、生物和医学研究中的一项重要实验技术。它是测定原子的核磁矩和研究核结构的直接而又准确的方法,也是精确测量磁场的重要方法之一。
【实验原理】
下面我们以氢核为主要研究对象,以此来介绍核磁共振的基本原理和观测方法。氢核虽然是最简单的原子核,但它是目前在核磁共振应用中最常见和最有用的核。
(一)核磁共振的量子力学描述
1( 单个核的磁共振
,,通常将原子核的总磁矩在其角动量P方向上的投影称为核磁矩,它们之间的关系通常写成 ,
,,e,,,gP,,, 或 (2,1) ,,,,PNm2p
e,g,,mg式中称为旋磁比;为电子电荷;为质子质量;为朗德因子。对氢核来说,eNpN2mp
g,5.5851。 N
按照量子力学,原子核角动量的大小由下式决定
P,I(I,1), (2,2)
h113h,,I,I,0,,1,,,,,I式中,为普朗克常数。为核的自旋量子数,可以取 对氢核来说,。 2,222
,,,BBB把氢核放入外磁场中,可以取坐标轴方向为的方向。核的角动量在方向上的投影值由z
下式决定
(2,3) P,m,,B
,式中称为磁量子数,可以取。核磁矩在方向上的投影值为 Bmm,I,I,1,,,,,,(I,1),,I
,,,ee,, ,,,gPgmBNBN,,22mmpp,,将它写为
(2,4) ,,g,mBNN
,27,1式中称为核磁子,是核磁矩的单位。 ,,5.050787,10JTN
,,磁矩为的原子核在恒定磁场中具有的势能为 B,
,, E,,,,B,,,B,,g,mBBNN
任何两个能级之间的能量差为
(2,5) ,E,E,E,,g,B(m,m)m1m2NN12
11I,m,考虑最简单的情况,对氢核而言,自旋量子数,所以磁量子数只能取两个值,即和m22
1m,,。磁矩在外场方向上的投影也只能取两个值,如图2,1中(a)所示,与此相对应的能级如2
图2,1中(b)所示。
- 1 -
图2,1 氢核能级在磁场中的分裂
,m,,1根据量子力学中的选择定则,只有的两个能级之间才能发生跃迁,这两个跃迁能级之间的能量差为
(2,6) ,E,g,,,BNN
,由这个公式可知:相邻两个能级之间的能量差与外磁场的大小成正比,磁场越强,则两个能,EB
级分裂也越大。
,如果实验时外磁场为,在该稳恒磁场区域又叠加一个电磁波作用于氢核,如果电磁波的能B0
量恰好等于这时氢核两能级的能量差,即 h,g,B0NN0
(2,7) h,,g,B0NN0
11m,,则氢核就会吸收电磁波的能量,由m,的能级跃迁到的能级,这就是核磁共振吸收22
现象。式(2,7)就是核磁共振条件。为了应用上的方便,常写成
g,,,,NN,即 (2,8) ,,,,BB,,,,0000h,,
2( 核磁共振信号的强度
上面讨论的是单个的核放在外磁场中的核磁共振理论。但实验中所用的样品是大量同类核的集合。如果处于高能级上的核数目与处于低能级上的核数目没有差别,则在电磁波的激发下,上下能级上的核都要发生跃迁,并且跃迁几率是相等的,吸收能量等于辐射能量,我们就观察不到任何核磁共振信号。只有当低能级上的原子核数目大于高能级上的核数目,吸收能量比辐射能量多,这样才能观察到核磁共振信号。在热平衡状态下,核数目在两个能级上的相对分布由玻尔兹曼因子决定:
gBN,,E,,,,NN02expexp,,,, (2,9) ,,,,NkTkT,,,,1
k,ENN式中为低能级上的核数目,为高能级上的核数目,为上下能级间的能量差,为玻尔兹12
Tg,B,,kT曼常数,为绝对温度。当时,上式可以近似写成 NN0
- 2 -
gBN,NN02 (2,10) ,1,NkT1
上式说明,低能级上的核数目比高能级上的核数目略微多一点。对氢核来说,如果实验温度T,300K,外磁场,则 B,1T0
NN,N,6,6212 或 ,1,6.75,10,7,10NN11
这说明,在室温下,每百万个低能级上的核比高能级上的核大约只多出7个。这就是说,在低能级上参与核磁共振吸收的每一百万个核中只有7个核的核磁共振吸收未被共振辐射所抵消。所以核磁共振信号非常微弱,检测如此微弱的信号
您可能关注的文档
- 《艺术学概论》试题及答案.doc
- 商场电梯使用管理制度(三)_保安.doc
- 网站建设需求分析.doc
- 无锡连元街三年级下数学二三单元.doc
- 英语单词右脑记单词.doc
- 公司法务工作总结法务工作总结.doc
- 接地装置施工及验收规范.doc
- 脚手架施工方案.doc
- 振动打桩锤说明书.doc
- 小学三年级人教版上册科学全册教案.doc
- GB/T 39560.10-2024电子电气产品中某些物质的测定 第10部分:气相色谱-质谱法(GC-MS)测定聚合物和电子件中的多环芳烃(PAHs).pdf
- 中国国家标准 GB/T 39560.10-2024电子电气产品中某些物质的测定 第10部分:气相色谱-质谱法(GC-MS)测定聚合物和电子件中的多环芳烃(PAHs).pdf
- 《GB/T 39560.10-2024电子电气产品中某些物质的测定 第10部分:气相色谱-质谱法(GC-MS)测定聚合物和电子件中的多环芳烃(PAHs)》.pdf
- GB/T 39560.302-2024电子电气产品中某些物质的测定 第3-2部分:燃烧-离子色谱法(C-IC)筛选聚合物和电子件中的氟、氯和溴.pdf
- 中国国家标准 GB/T 39560.2-2024电子电气产品中某些物质的测定 第2部分:拆解、拆分和机械制样.pdf
- 中国国家标准 GB/T 39560.302-2024电子电气产品中某些物质的测定 第3-2部分:燃烧-离子色谱法(C-IC)筛选聚合物和电子件中的氟、氯和溴.pdf
- GB/T 39560.2-2024电子电气产品中某些物质的测定 第2部分:拆解、拆分和机械制样.pdf
- 《GB/T 39560.2-2024电子电气产品中某些物质的测定 第2部分:拆解、拆分和机械制样》.pdf
- 《GB/T 39560.303-2024电子电气产品中某些物质的测定 第3-3部分:配有热裂解/热脱附的气相色谱-质谱法(Py/TD-GC-MS)筛选聚合物中的多溴联苯、多溴二苯醚和邻苯二甲酸酯》.pdf
- 中国国家标准 GB/T 39560.303-2024电子电气产品中某些物质的测定 第3-3部分:配有热裂解/热脱附的气相色谱-质谱法(Py/TD-GC-MS)筛选聚合物中的多溴联苯、多溴二苯醚和邻苯二甲酸酯.pdf
最近下载
- 经济学基础(高鸿业第三版)课后习题答案.pdf VIP
- 喷淋施工方案及主要技术措施范本.pdf
- 一年级控笔训练笔画部首描红识字表字帖全册.pdf
- 鼻炎的中医辨证ppt.pptx
- 沃尔玛(山姆会员.ppt
- GWDC-SOP-04-02-04-009 钢筋工程监理标准化作业指导书(67483121808c11e61a4f6c0b8443582a).doc
- 输变电监理(监理大纲、规划、细则范本).pdf
- GWDC-SOP-04-02-02-004 调相机安装工程监理标准化作业指导书(19693770bc4511e61a4f6c0b8443582a).doc
- 塔式起重机施工现场应急救援预案.doc
- 20240315-东北证券-上海电影-601595-发行放映全产业链布局,大IP战略未来可期.pdf
文档评论(0)