你知道核磁共振的原理吗？

核磁振动主要由原子核的自旋运动引起。不同的原子核有不同的自旋运动，可以用原子核的自旋量子数I来表示。自旋量子数和原子质量数、原子序数有一定的关系，大致分为三种情况。对氢谱核的自旋NMR(核磁共振)进行了编码。I为零的原子核可视为非自旋球，I为1/2的原子核可视为电荷分布均匀的自旋球，I为1H，13C，15N，19F，31P均为1/2。I大于1/2的核可以看作是电荷分布不均匀的自旋椭球体。核磁共振现象原子核是带正电的粒子。不能自旋的原子核没有磁矩，而能自旋的原子核有环流，会产生磁场，形成磁矩(μ)。公式中，p为角动量，γ为磁自旋比，即自旋核的磁矩与角动量之比。当自旋核处于磁场强度为H0的外磁场中时，除了自旋之外还会绕H0运动，这与陀螺的运动非常相似，称为进动，如图8-1所示。自旋核进动的角速度ω0与外磁场强度H0成正比，比例常数为磁旋转比γ。其中v0是进动频率。外部磁场中微观磁矩的取向是量子化的。在外磁场的作用下，自旋量子数为I的原子核只能有2I+1个取向，每个取向都可以用一个自旋量子数M来表示，M和I的关系为:m=I，I-1，I-2…-I，原子核的每个取向都代表这个场中的原子核。它们之间的能量差是△ e。原子核必须吸收△E的能量，才能从低能态跃迁到高能态。让外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁辐射。当辐射的能量恰好等于自旋核的两个不同取向之间的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能量并跃迁到高能态。这种现象被称为核磁共振(NMR)。目前研究最多的是1H NMR * * *振动，13C NMR * * *振动近年来也有很大发展。1H的核磁共振称为质子磁共振，也简称1H-NMR。13C核磁共振(碳-13核磁共振)缩写为CMR，也表示为13C-NMR。1H的核磁共振:1H的自旋量子数为I=1/2，所以自旋量子数m = 1/2，即氢核在外磁场中应该有两个取向。参见图8-2。1H的两个取向代表了两种不同的能级。所以核磁共振* * *在1H振动的条件是电磁波的辐射频率必须等于1H的进动频率，即满足以下公式。原子核吸收的辐射能量大吗？等式(8-6)表明有两种方法可以使v射线=v0。一种是固定磁场强度H0，逐渐改变电磁波的辐射频率V来扫描。当V与H0匹配时，就会发生核磁共振。另一种方法是固定辐射波的辐射频率V-ray，然后将磁场强度H0从低场逐渐变为高场。当H0匹配V射线时，核磁共振也会发生。这种方法叫做场扫描。一般仪器采用扫场的方法。在外磁场的作用下，1H趋向于随外磁场正向排列，所以低能态的核数多于高能态，但由于两个能级的能量差很小，所以前者只比后者稍有优势。1H-NMR的信号是这些弱剩余低能核吸收射频电磁波的辐射能量，跳跃到高能级而产生的。如果高能核不能回到低能态，这种微弱的优势会进一步削弱，直到随着连续跃迁而消失。此时，处于低能态的1H核的数量与处于高能态的1H核的数量相等，同时PMR的信号会逐渐减弱，直至最终消失。这种现象被称为饱和。1H核可以通过非辐射方法由高能态转变为低能态。这个过程叫做松弛，所以在正常测试条件下不会出现饱和现象。有两种放松方式。处于高能态的原子核通过交变磁场向周围分子传递能量，即系统向环境释放能量，自身又回到低能态。这个过程被称为自旋晶格弛豫。它的速率用1/T1表示，T1称为自旋晶格弛豫时间。自旋晶格弛豫降低了磁核的总能量，也称为纵向弛豫。两个相距一定距离，进动频率相同，进动方向不同的原子核相互作用，交换能量，改变进动方向的过程称为自旋-自旋弛豫。它的速率用1/T2表示，T2称为自旋-自旋弛豫时间。自旋-自旋弛豫不会降低磁核的总能量，也称为横向弛豫。