-核磁共振波谱分析ppt课件

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1、 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益目目 录录 7.1 7.1 7.1 7.1 核磁共振分析的历史及现状核磁共振分析的历史及现状核磁共振分析的历史及现状核磁共振分析的历史及现状 7.2 7.2 7.2 7.2 核磁共振分析的基本原理核磁共振分析的基本原理核磁共振分析的基本原理核磁共振分析的基本原理 7.3 7.3 7.3 7.3 核磁共振仪器结构及组成核磁共振仪器结构及组成核磁共振仪器结构及组成核磁共振仪器结构及组成 7.4 7.4 7.4 7.4 核磁共振分析的实验技术核磁共振分析的实验技术核磁共振分析的实验技

2、术核磁共振分析的实验技术 7.5 7.5 7.5 7.5 核磁共振分析在材料研究领域的应用核磁共振分析在材料研究领域的应用核磁共振分析在材料研究领域的应用核磁共振分析在材料研究领域的应用 00 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 7.1 7.1 核磁共振分析的历史及现状核磁共振分析的历史及现状 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.1.1 7.1.1 核磁共振技术的发展历程核磁共振技术的发展历程 （1 1 1 1）核磁共振现象的发现

3、）核磁共振现象的发现）核磁共振现象的发现）核磁共振现象的发现 Bloch Bloch 等于等于 1946 1946 年发年发现：特定结构中的磁核现：特定结构中的磁核会吸收一定波长或频率会吸收一定波长或频率的电磁波而实现能级跃的电磁波而实现能级跃迁，开辟了核磁共振分迁，开辟了核磁共振分析的历史，因而获析的历史，因而获19521952年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。 Felix Bloch Edward Mills Purcell 01 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.1.1 7.1.1 核磁共振技术的发展

4、历程核磁共振技术的发展历程 一些原子核（如一些原子核（如1H, 13C, 19F等）在强磁场中会产生能等）在强磁场中会产生能量分裂，形成能级。当用一定频率的电磁波对样品进行辐量分裂，形成能级。当用一定频率的电磁波对样品进行辐照时，特定结构环境中的原子核会吸收相应频率的电磁波照时，特定结构环境中的原子核会吸收相应频率的电磁波而实现共振跃迁。而实现共振跃迁。频率频率频率频率 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.1.1 7.1.1 核磁共振技术的发展历程核磁共振技术的发展历程 （2 2 2 2）脉冲傅立叶变换核磁共振

5、仪的发明）脉冲傅立叶变换核磁共振仪的发明）脉冲傅立叶变换核磁共振仪的发明）脉冲傅立叶变换核磁共振仪的发明 Ernst 1966Ernst 1966年发明年发明了脉冲傅里叶变换了脉冲傅里叶变换核磁共振技术，促核磁共振技术，促进了进了1313C C、1515N N、2929SiSi核磁及固体核磁技核磁及固体核磁技术的应用，因而获术的应用，因而获得了得了19911991年诺贝尔年诺贝尔化学奖。化学奖。 Richard R. Ernst PulseFT-NMR 02 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.1.1 7.1.

6、1 核磁共振技术的发展历程核磁共振技术的发展历程 （3 3 3 3）核磁共振成像技术（）核磁共振成像技术（）核磁共振成像技术（）核磁共振成像技术（MRIMRIMRIMRI） 图图图图1 1 脑部的磁共振图像脑部的磁共振图像脑部的磁共振图像脑部的磁共振图像 图图图图2 2 核磁共振成像仪核磁共振成像仪核磁共振成像仪核磁共振成像仪 上世纪上世纪8080年代，开发成功核磁共振成像技术，利用人体组织年代，开发成功核磁共振成像技术，利用人体组织中的氢原子核的核磁共振现象进行成像。中的氢原子核的核磁共振现象进行成像。 03 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用

7、制度，保障用人单位和职工的合法权益7.1.1 7.1.1 核磁共振技术的发展历程核磁共振技术的发展历程 （4 4 4 4）高分辨率固体核磁共振技术）高分辨率固体核磁共振技术）高分辨率固体核磁共振技术）高分辨率固体核磁共振技术 图图图图3 3 固体核磁共振固体核磁共振固体核磁共振固体核磁共振 图图图图4 4 交叉极化的脉冲系列交叉极化的脉冲系列交叉极化的脉冲系列交叉极化的脉冲系列 高分辨率固体核磁共振技术高分辨率固体核磁共振技术综合利用魔角旋转、交叉极综合利用魔角旋转、交叉极化及偶极去偶等技术，有力化及偶极去偶等技术，有力地促进了固态材料结构的研地促进了固态材料结构的研究和应用。究和应用。 04

8、 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.1.1 7.1.1 核磁共振技术的发展历程核磁共振技术的发展历程 （5 5 5 5）目前的应用领域）目前的应用领域）目前的应用领域）目前的应用领域 随以上各类技术的发展，核磁共振分析技术已获得显著进展，随以上各类技术的发展，核磁共振分析技术已获得显著进展，其应用领域已从溶液体系扩展到固体材料：其应用领域已从溶液体系扩展到固体材料：l 物质的分子结构与构型研究；物质的分子结构与构型研究； l 生理生化及医学领域的研究；生理生化及医学领域的研究；l 医疗领域；医疗领域；l 固体

9、材料如玻璃、高分子材料等的开发；固体材料如玻璃、高分子材料等的开发；l 物质的物理性能研究；物质的物理性能研究；05 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.1.1 7.1.1 核磁共振技术的发展历程核磁共振技术的发展历程 （6 6 6 6）基本类型）基本类型）基本类型）基本类型 原则上凡自旋量子数不为零的原子核均能测得原则上凡自旋量子数不为零的原子核均能测得 NMRNMR信号，但信号，但目前为止仅限于目前为止仅限于1 1H H、1313C C、1919F F、3131P P、1515N N 等原子核，其中氢谱等原

10、子核，其中氢谱和碳谱应用最为广泛。和碳谱应用最为广泛。 06 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 7.2 7.2 核磁共振的基本原理核磁共振的基本原理 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.1 7.2.1 原子核的自旋原子核的自旋 自旋量子数不为零的核是核磁共振研究的对象，其中自旋量子数不为零的核是核磁共振研究的对象，其中I= 1/2I= 1/2的原子核电荷均匀分布表面，其核磁共振谱线窄，最适宜于的原子核电荷均匀分布表面，其核磁

11、共振谱线窄，最适宜于核磁共振检测分析。核磁共振检测分析。 07 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.1 7.2.1 原子核的自旋原子核的自旋 08 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.2 7.2.2 原子核的磁矩和自旋角动量原子核的磁矩和自旋角动量 为核磁矩，为核磁矩，J.TJ.T-1-1； 为自旋角动量；为自旋角动量； 为磁旋比，核特征常数；为磁旋比，核特征常数； 为自旋量子数；为自旋量子数； 为普朗克常数。为普朗克常

12、数。 自旋量子数不为零的原子自旋量子数不为零的原子核由于自旋而具有磁矩。核由于自旋而具有磁矩。 09 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.3 7.2.3 原子核在静磁场中的进动及能量原子核在静磁场中的进动及能量 自旋量子数不为零的原子核，在外加静磁场自旋量子数不为零的原子核，在外加静磁场H H0 0中，除了自旋中，除了自旋外还将绕外还将绕H H0 0运动，类似于陀螺的运动，称这种运动为进动。运动，类似于陀螺的运动，称这种运动为进动。 图图图图5 5 原子核在静磁场中的运动（拉摩进动）示意图原子核在静磁场中的

13、运动（拉摩进动）示意图原子核在静磁场中的运动（拉摩进动）示意图原子核在静磁场中的运动（拉摩进动）示意图 10 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.3 7.2.3 原子核在静磁场中的进动及能量原子核在静磁场中的进动及能量 为进动角速度；为进动角速度； 为进动频率；为进动频率； 为磁旋比；为磁旋比； 为静磁场强度；为静磁场强度； 为核磁矩；为核磁矩； 为自旋轴与磁场夹角；为自旋轴与磁场夹角； 为磁量子数；为磁量子数； 为普朗克常数；为普朗克常数； 在静磁场中，原子核的能量是量子化的，其相邻能级与静磁在静磁场中，

14、原子核的能量是量子化的，其相邻能级与静磁场强度成正比。场强度成正比。 11 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.4 7.2.4 核磁共振的产生及条件核磁共振的产生及条件 在静磁场中，通过一定频率在静磁场中，通过一定频率的电磁波辐射样品，当辐射的电磁波辐射样品，当辐射能量等于磁核能级差时磁核能量等于磁核能级差时磁核将吸收能量实现跃迁。将吸收能量实现跃迁。 12 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.5 7.2.5 弛豫过程弛

15、豫过程 12低能级 高能级 21低能级 高能级 根据玻尔兹曼定律，受激态磁核与低能级磁核保持一定比例根据玻尔兹曼定律，受激态磁核与低能级磁核保持一定比例的平衡。受激态高能级磁核，失去能量回到低能级磁核的非的平衡。受激态高能级磁核，失去能量回到低能级磁核的非辐射过程，称为弛豫。辐射过程，称为弛豫。 横向弛豫横向弛豫: :受激态高能级磁核受激态高能级磁核将能量传递给同种将能量传递给同种低能级磁核，自身低能级磁核，自身回到低能级磁核的回到低能级磁核的过程。过程。1/T1/T1 1 13 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权

16、益7.2.5 7.2.5 弛豫过程弛豫过程 低能级 高能级 根据玻尔兹曼定律，受激态磁核与低能级磁核保持一定比例根据玻尔兹曼定律，受激态磁核与低能级磁核保持一定比例的平衡。受激态高能级磁核，失去能量回到低能级磁核的非的平衡。受激态高能级磁核，失去能量回到低能级磁核的非辐射过程，称为弛豫。辐射过程，称为弛豫。 纵向弛豫纵向弛豫: :受激态高能级磁核受激态高能级磁核将能量传递给周围将能量传递给周围的介质粒子，自身的介质粒子，自身回复到低能磁核的回复到低能磁核的过程。过程。1/T1/T2 2 12低能级 高能级 2114 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益7.2.5 7.2.5 弛豫过程弛豫过程 为能量测试误差；为能量测试误差； 为状态停留时间；为状态停留时间； 为频率测试误差；为频率测试误差； 为普朗克常数；为普朗克常数； 谱峰宽 谱峰窄 由海森伯测不准原理知频率测试由海森伯测不准原理知频率测试误差与弛豫效率成反比；由于液误差与弛豫效率成反比；由于液态样品的弛豫效率较固态低，因态样品的弛豫效率较固态低，因而谱