核磁共振解析.pptx

核磁共振是指处于外磁场中的物质原子核系统受到相应频率（兆赫数量级的射频）的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。
第一节 核磁共振波谱的基本原理
一、核磁共振现象的产生
1、原子核的基本属性
1）原子核的质量和所带电荷 ——是原子核的最基本属性。
2）原子核的自旋和自旋角动量 ——量子力学中用自旋量子数I描述原子核的运动状态。
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质量数
质子数
中子数
自旋量子数I
典型核
偶数
偶数
偶数
0
12C,16O,32S
偶数
奇数
奇数
n/2(n=2,4…)
2H,14N
奇数
偶数
奇数
奇数
偶数
n/2(n=1,3,5….)
13C,17O,1H,19F,15N，
11B,34Cl,79Br,81Br
各种核的自旋量子数
I=0，非自旋球体，无核磁共振现象；
I=1，2，3，3/2，5/2…..自旋椭球体；
I=1/2，自旋球体。
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原子核自旋时产生的角动量P=
P在直角坐标系z轴上的分量Pz=
m：原子核的磁量子数。可取I,I-1,I-2….-I，共2I+1个不连续的值。
3）原子核的磁性和磁矩
核磁矩
g N称为g因子或朗德因子，是一个与核种类有关的因数；
mP为核的质量；
称作核磁子，是一个物理常数
核磁矩的方向与P方向重合，在z轴上的分量为
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4）原子核的磁旋比
磁旋比
是原子核的基本属性之一，核的磁旋比越大，核的磁性越强。
2、磁性核在外磁场（B0）中的行为
1）原子核的进动
当磁核处于一个均匀的外磁场B0中，核因受到B0产生的磁场力作用围绕着外磁场方向作旋转运动，同时仍然保持本身的自旋。这种运动方式称为进动或拉摩进动。
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进动圆频率：
进动线频率：
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2）原子核的取向和能级分裂
磁核在外磁场中具有的能量：
（θ：μ与B0的夹角）
取向为m=1/2的核，磁矩方向与B0方向一致，其能量为：
取向为m=-1/2的核，磁矩方向与B0相反，其能量为：
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I=1/2的磁核能级与外磁场B0的关系
m=1/2的核进动方向为逆时针，
m=-1/2的核进动方向为顺时针。
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3、核磁共振产生的条件
当外界电磁波提供的能量正好等于相邻能级间的能量差时，核就能吸收电磁波的能量从较低能级跃迁到较高能级，被吸收的电磁波的频率为：
外磁场的存在是核磁共振产生的必要条件。
计算：B0=，1H的吸收频率？13C的吸收频率？
100MHz~——射频（无线电波）部分。
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4、驰豫（relaxation）
受激发射：在电磁波作用下，处于高能级的粒子回到低能级，发出频率为ν的电磁波，因此电磁波强度增强的现象。
Boltzmann分布表明，在平衡状态下，高低能级上的粒子数分布由下式决定：
自发辐射的几率与能级差成正比 。
从激发状态恢复到Boltzmann平衡的过程就是驰豫过程。
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自旋-晶格驰豫（spin-lattice relaxation） 自旋核与周围分子交换能量的过程，又称为纵向驰豫。
纵向驰豫的结果：高能级的核数目减少，就整个自旋体系来说，总能量下降。
纵向驰豫过程所经历的时间用T1表示，T1越小、纵向驰豫过程的效率越高，越有利于核磁共振信号的测定。
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