核磁共振波谱仪--核磁共振谱仪基本原理
1) 原子核的基本属性
a.原子核的质量和所带电荷 ——是原子核的最基本属性。
b.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。原子核的自旋运动具有一定的自旋角动量;其自旋角动量也是量子化的,它与自旋量子数 I 间的关系为:
各种核的自旋量子数
质量数A | 原子序数Z | 自旋量子数I | 自旋核电荷分布 | NMR讯号 | 原子核举例 |
偶数 | 偶数 | 0 | — | 无 | 12C6、16C8、32S16 |
奇数 | 奇或偶数 | 1/2 | 球形 | 有 | 1H1、13C6、19F9、15N7、31P15 |
奇数 | 奇或偶数 | 3/2、5/2等 | 扁平椭球形 | 有 | 17O8、33S16 |
偶数 | 奇数 | 1、2、3等 | 扁平椭球形 | 有 | 2H1、14N7 |
其中,I=1/2的核(1H、13C)电荷呈球形分布,核磁共振现象较为简单,是核磁共振研究的主要对象。
c.原子核的磁性和磁矩
d.原子核的磁旋比: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
a.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。
b.原子核的取向和能级分裂
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:
4)驰豫(relaxation)
事实上在核磁共振中,高能级的核实通过“弛豫”过程回到低能级的。也就是说,原子核在磁场中进动,产生能级裂分,受到电磁波的照射,发生共振,吸收能量,当电磁波的照射停止后,原子核通过“弛豫”过程回到初始状态。
在物理学上把某种平衡状态被破坏后,而又恢复到平衡的过程称为弛豫。在核磁共振中,弛豫过程分两类,一类是自旋-晶格驰豫,另一类是自旋-自旋驰豫。
推荐
