核磁共振 (NMR) 核磁共振 现 象 核磁共振原 理 实验 方 法 核磁共振 仪
1924年泡利提出核自旋的假设-实验证实。 1932年，发现中子后，认识到：核自旋是质子自旋 与中子自旋之和。 核磁矩：质子数和中子数两者或其一为奇数时， 核才有非零的核磁矩——产生核磁共振. 核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR) 是指自旋磁矩不为零的原子核，在外磁场中，其核能 级将发生分裂。若再有一定频率的电磁波作用于它， 分裂后的核能级之间将发生共振跃迁的现象
核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大 学珀赛尔(E.M.Purcell)各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔 物理学奖。50多年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科。 核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深 入物质内部而不破坏样品，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而 得以迅速发展和广泛应用，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、 医疗以及材料等学科，在科研和生产中发挥了巨大作用
12位因对核磁共振做出贡献而获得诺 贝尔奖的科学家 1944年 I.Rabi 1952年 F.Block 1952年 E.M.Purcell 1955年 W.E.Lamb 1955年 P.Kusch 1964年 C.H.Townes 1966年 A.Kastler 1977年 J.H.Van Vleck 1981年 N.Bloembergen 1983年 H.Taube 1989年 N.F.Ramsey 1991年 R.R.Ernst
核磁共振原理 半数以上的原子核具有自旋，旋转时产生一小磁场。当加一外 磁场，这些原子核的能级将分裂，即塞曼效应。 在外磁场B0中塞曼分裂图：
原子核的自旋 若原子核存在自旋，产生核磁矩： 自旋角动量： I：自旋量子数； h：普朗克常数； 核磁子=eh/2M c； 自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原 子的自旋情况可以用（I）表征： 质量数 原子序数 自旋量子数I 偶数 偶数 0 偶数 奇数 1，2，3. 奇数 奇数或偶数 1/2；3/2；5/2. ( 1) 2 = I I + h 核 磁 矩： = g I(I +1)
核磁矩 核磁矩： I:核自旋量子数 、 因子、 ：核的玻尔磁子（常数） 在外磁场Bz下： 宏观物质：体磁化强度 = = N i M ui 1 rJ g I N = = g N
讨论: 1． I=0 的原子核 O(16)；C（12）；S（22）等 ， 无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。 2． I=1 或 I >1的原子核 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
核磁共振 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。 当置于外加磁场H0中时， 相对于外磁场，可以有（2I+1） 种取向： 氢核（I=1/2），两种取 向（两个能级）： (1)与外磁场平行，能量低， 磁量子数ｍ＝＋1/2; (2)与外磁场相反，能量高， 磁量子数ｍ＝－1/2;
核磁共振（NMR）产生条件： 均匀磁场Bz： 产生塞曼能级分裂： 垂直Bz加一射频磁场B1： 受激吸收跃迁和受激发射跃迁 E2 − E1 = E = g N Bz = h B1 (t) = B1 cos1 t