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1、 第第4章章 核磁共振氢谱核磁共振氢谱（1HNMR） 一、原子核的自旋和磁矩一、原子核的自旋和磁矩 二、二、核在外磁场中的自旋取核在外磁场中的自旋取向向三、核的回旋三、核的回旋四、核磁共振四、核磁共振五、弛豫过程五、弛豫过程 4.1 核磁共振基本原理核磁共振基本原理1H Nuclear Magnetic Resonance principles of nuclear magnetic resonance 核磁共振基本原理及实现方法课件 19451945年，年，年，年，E. M. Purcell E. M. Purcell 和和和和 F. Block F. Block 分别发现了分别发现了分别发
2、现了分别发现了水和石蜡中氢核的核磁共振现象。水和石蜡中氢核的核磁共振现象。水和石蜡中氢核的核磁共振现象。水和石蜡中氢核的核磁共振现象。 化合物中原子产生的核磁共振信号与其分子结构化合物中原子产生的核磁共振信号与其分子结构化合物中原子产生的核磁共振信号与其分子结构化合物中原子产生的核磁共振信号与其分子结构密切相关。密切相关。密切相关。密切相关。由有机化合物的核磁共振谱图，可获得相由有机化合物的核磁共振谱图，可获得相由有机化合物的核磁共振谱图，可获得相由有机化合物的核磁共振谱图，可获得相关原子在分子中所处化学环境的信息，因此可以确定关原子在分子中所处化学环境的信息，因此可以确定关原子在分子中所处化
3、学环境的信息，因此可以确定关原子在分子中所处化学环境的信息，因此可以确定化合物的分子结构。化合物的分子结构。化合物的分子结构。化合物的分子结构。核磁共振基本原理及实现方法课件4.1.1 原子核的自旋和磁矩原子核的自旋和磁矩atomi nuclear spinatomi nuclear spin 若原子核存在自旋运动，便会产生若原子核存在自旋运动，便会产生若原子核存在自旋运动，便会产生若原子核存在自旋运动，便会产生核磁矩核磁矩核磁矩核磁矩 和和和和自旋角动量：自旋角动量：自旋角动量：自旋角动量： 自旋量子数（自旋量子数（自旋量子数（自旋量子数（I I）可以为）可以为）可以为）可以为 0 0、整数
4、、半整数。、整数、半整数。、整数、半整数。、整数、半整数。 I I 0 0 的核，的核，的核，的核，p p0 0，无自旋运动。，无自旋运动。，无自旋运动。，无自旋运动。 I I 不为零的核都具有核磁矩和自旋角动量。不为零的核都具有核磁矩和自旋角动量。不为零的核都具有核磁矩和自旋角动量。不为零的核都具有核磁矩和自旋角动量。核磁共振基本原理及实现方法课件核磁共振基本原理及实现方法课件 （1） I = 0 的原子核的原子核 ： 16 O、 12 C、 22 S .等等 ，无自旋，没有核磁矩，无自旋，没有核磁矩，不不 产生共振吸收。产生共振吸收。 （2） I 1/ 2 的原子核：的原子核： I = 1
5、 ： 2H， 14N I = 3/2： 11B，35Cl，79Br，81Br I = 5/2： 17O，127I. 这类原子核可看作电荷在核表面非均匀分布的旋转椭球体，这类原子核可看作电荷在核表面非均匀分布的旋转椭球体，其电四极矩不为零，共振吸收复杂，谱线较宽，不利于其电四极矩不为零，共振吸收复杂，谱线较宽，不利于NMR测量，研究应用较少。测量，研究应用较少。核磁共振基本原理及实现方法课件 （3） 1/ 2 的原子核的原子核 ： 1H，13C，19F，31P . 等。等。 这类原子核可看作核电荷均匀分布于球面的这类原子核可看作核电荷均匀分布于球面的这类原子核可看作核电荷均匀分布于球面的这类原子
6、核可看作核电荷均匀分布于球面的旋转球体，并象陀螺一样自旋，有自旋磁矩产生，旋转球体，并象陀螺一样自旋，有自旋磁矩产生，旋转球体，并象陀螺一样自旋，有自旋磁矩产生，旋转球体，并象陀螺一样自旋，有自旋磁矩产生，其电四极矩为零，其电四极矩为零，其电四极矩为零，其电四极矩为零，NMRNMR谱线较窄，适宜于谱线较窄，适宜于谱线较窄，适宜于谱线较窄，适宜于NMRNMR测测测测量，是核磁共振研究的主要对象。量，是核磁共振研究的主要对象。量，是核磁共振研究的主要对象。量，是核磁共振研究的主要对象。 C C、H H 也是有机也是有机也是有机也是有机化合物的主要组成元素。化合物的主要组成元素。化合物的主要组成元素
7、。化合物的主要组成元素。 核磁共振基本原理及实现方法课件 0 0 的核有自旋运动，其核磁矩的核有自旋运动，其核磁矩的核有自旋运动，其核磁矩的核有自旋运动，其核磁矩 与自旋角与自旋角与自旋角与自旋角动动量量量量P P 的关系的关系的关系的关系为为： P P 式中式中式中式中, , , , 为为磁旋比磁旋比磁旋比磁旋比，是核的特征常数，其，是核的特征常数，其，是核的特征常数，其，是核的特征常数，其单单位位位位为为: : : : rad .Trad .Trad .Trad .T-1-1-1-1.s.s.s.s-1-1-1-1 1 1H H 核的核的核的核的 26.7521026.752107 7ra
8、d .Trad .T-1-1.s.s-1-1. . 1313C C 核的核的核的核的 6.728106.728107 7rad .Trad .T-1-1.s.s-1-1 . . 核磁共振基本原理及实现方法课件 4.1.2 核在外磁场中的自旋取向核在外磁场中的自旋取向 0 的核叫的核叫磁性核磁性核。 磁性核在外磁场中会发生自旋能级的裂磁性核在外磁场中会发生自旋能级的裂分，产生不同的分，产生不同的自旋取向自旋取向。 共有共有 21 种量子化的自旋取向。种量子化的自旋取向。 每一种取向都代表了原子核的某一特定每一种取向都代表了原子核的某一特定的的自旋能量状态自旋能量状态，可用，可用磁量子数磁量子数
9、m 来表示之。来表示之。 核磁共振基本原理及实现方法课件 磁量子数磁量子数 m 的取值为：的取值为： m ，1，2，.（1）, 。例如，例如， 1H 核核 ： 1/ 2 ，故，故 m1/ 2，1/ 2 。 14N 核核 ： 1，故，故 m 1， 0 ，1 。 33S 核核 ： 3/ 2，故，故 m 核磁共振基本原理及实现方法课件 在外磁场在外磁场在外磁场在外磁场B B0 0中，中，中，中，氢核的自旋能级产生两种自旋取向：氢核的自旋能级产生两种自旋取向：氢核的自旋能级产生两种自旋取向：氢核的自旋能级产生两种自旋取向：（1 1） 与外磁场平行，与外磁场平行，与外磁场平行，与外磁场平行，能量低能量低
10、能量低能量低，磁量子数，磁量子数，磁量子数，磁量子数 1/ 2 ; 1/ 2 ; （2 2） 与外磁场相反，与外磁场相反，与外磁场相反，与外磁场相反，能量高能量高能量高能量高，磁量子数，磁量子数，磁量子数，磁量子数 1/ 2 1/ 2 。1 1H H1414N N核磁共振基本原理及实现方法课件 核自旋角动量在核自旋角动量在核自旋角动量在核自旋角动量在Z Z 轴上的投影轴上的投影轴上的投影轴上的投影 P PZ Z为为为为 ： P PZ Z hm hm / 2/ 2 核磁矩在核磁矩在核磁矩在核磁矩在Z Z 轴轴上的投影上的投影上的投影上的投影 Z Z为为 ： Z Z P P P PZ Z Z Z
11、hm hm / 2/ 2 在外磁在外磁在外磁在外磁场场B B0 0中，核磁矩与中，核磁矩与中，核磁矩与中，核磁矩与B B0 0相互作用，使核磁矩具有一相互作用，使核磁矩具有一相互作用，使核磁矩具有一相互作用，使核磁矩具有一定的能量：定的能量：定的能量：定的能量： E E Z Z B B0 0 对对于于于于1 1/ / 2 2 核核核核 ： mm1/ 2 1/ 2 时，时，时，时， E E（1/21/2） Z ZB B0 0hm hm / 2/ 2hBhB0 0 / 4/ 4 mm1/ 2 1/ 2 时时， E E（1/21/2） Z ZB B0 0hm hm / 2/ 2 hBhB0 0 /
12、4/ 4 此二能此二能此二能此二能级级的能量差的能量差的能量差的能量差 E E E E（1/21/2） E E（1/21/2） hBhB0 0 / 2/ 2 核磁共振基本原理及实现方法课件 E E hBhB0 0 / 2/ 2表明，在外磁场表明，在外磁场表明，在外磁场表明，在外磁场 B B0 0 中，核自旋能中，核自旋能中，核自旋能中，核自旋能级裂分后的级裂分后的级裂分后的级裂分后的能级差能级差能级差能级差随着随着随着随着 B B0 0 强度的增大而增大，如下图所示。强度的增大而增大，如下图所示。强度的增大而增大，如下图所示。强度的增大而增大，如下图所示。核磁共振基本原理及实现方法课件 4.1
13、.3 核的回旋核的回旋 将自旋核置于一将自旋核置于一将自旋核置于一将自旋核置于一均匀外磁场均匀外磁场均匀外磁场均匀外磁场 B B0 0 中，若中，若中，若中，若 B B0 0 与核磁矩成一夹角与核磁矩成一夹角与核磁矩成一夹角与核磁矩成一夹角，这时，外磁场将产，这时，外磁场将产，这时，外磁场将产，这时，外磁场将产生一个力矩作用于自旋生一个力矩作用于自旋生一个力矩作用于自旋生一个力矩作用于自旋核，迫使其取向于核，迫使其取向于核，迫使其取向于核，迫使其取向于B B0 0 , , , ,从而产生绕自旋轴旋转从而产生绕自旋轴旋转从而产生绕自旋轴旋转从而产生绕自旋轴旋转的同时，绕的同时，绕的同时，绕的同时
14、，绕 B B0 0 进行回进行回进行回进行回旋的运动旋的运动旋的运动旋的运动 拉摩尔进动拉摩尔进动拉摩尔进动拉摩尔进动。 核磁共振基本原理及实现方法课件 核的核的回旋角频率回旋角频率为：为： 2 2v0 0B B0 0式中，式中，v0 0为核的为核的回旋频率回旋频率。v0 0 B B0 0/ / 2 2核磁共振基本原理及实现方法课件 4.1.4 4.1.4 核磁共振核磁共振 在与在与在与在与外磁场外磁场外磁场外磁场B B0 0 垂直的方向上施加一个频率为垂直的方向上施加一个频率为垂直的方向上施加一个频率为垂直的方向上施加一个频率为 v v 的的的的交变射频场交变射频场交变射频场交变射频场B B
15、1 1，当，当，当，当 v v 与核的回旋与核的回旋与核的回旋与核的回旋 v v0 0 相等时，自相等时，自相等时，自相等时，自旋核能够吸收射频场的能量，由低能级的自旋状态旋核能够吸收射频场的能量，由低能级的自旋状态旋核能够吸收射频场的能量，由低能级的自旋状态旋核能够吸收射频场的能量，由低能级的自旋状态跃迁至高能级的自旋状态，产生自旋的倒转和共振跃迁至高能级的自旋状态，产生自旋的倒转和共振跃迁至高能级的自旋状态，产生自旋的倒转和共振跃迁至高能级的自旋状态，产生自旋的倒转和共振吸收信号，这种现象叫核磁共振。吸收信号，这种现象叫核磁共振。吸收信号，这种现象叫核磁共振。吸收信号，这种现象叫核磁共振。
16、 即有：即有：即有：即有： 射频频率射频频率射频频率射频频率 v v v v0 0 B B0 0/ / 2 2 此时，射频此时，射频此时，射频此时，射频 v v 所具有的能量所具有的能量所具有的能量所具有的能量hvhv正好核在正好核在正好核在正好核在B B0 0中产中产中产中产生的核自旋能级差相等。即：生的核自旋能级差相等。即：生的核自旋能级差相等。即：生的核自旋能级差相等。即： h hv v E E hBhB0 0/ / 2 2 h h v v0 0 0 0核磁共振基本原理及实现方法课件v v0B0/ 2 对于同一种核，对于同一种核，对于同一种核，对于同一种核，为一常数，为一常数，为一常数，
17、为一常数，故当故当故当故当B B0 0增大时，其增大时，其增大时，其增大时，其共振频率也要相应增加。共振频率也要相应增加。共振频率也要相应增加。共振频率也要相应增加。 例如，当例如，当例如，当例如，当B B0 01.4 1.4 1.4 1.4 T T 时，时，时，时， 1 1HH 的共振频率为的共振频率为的共振频率为的共振频率为 60606060 MH MHZ Z。 而当而当而当而当B B B B0 0 0 02.32.32.32.3 T T 时，时，时，时， 1 1HH 的共振频率为的共振频率为的共振频率为的共振频率为 100 100 100 100 MHMHZ Z。 对于不同种类的核，对于
18、不同种类的核，对于不同种类的核，对于不同种类的核，其其其其不同，因此，当不同，因此，当不同，因此，当不同，因此，当B B0 0相同相同相同相同时，它们的共振频率各不相同。时，它们的共振频率各不相同。时，它们的共振频率各不相同。时，它们的共振频率各不相同。 例如，当例如，当例如，当例如，当B B0 02.32.32.32.3 T T时，时，时，时，1 1HH 核的共振频率为核的共振频率为核的共振频率为核的共振频率为 100 100 100 100 MHMHZ Z，而，而，而，而13131313C C C C 核的共振频率为核的共振频率为核的共振频率为核的共振频率为 25252525 MH MHZ
19、 Z。核磁共振基本原理及实现方法课件 4.1.5 弛豫过程（弛豫过程（Relaxation） 在外磁场在外磁场B0中，中，I = 1/ 2的核，有两种自旋取向：的核，有两种自旋取向： (1) 低能级自旋取向，与外磁场平行，磁量子数低能级自旋取向，与外磁场平行，磁量子数1/ 2; (2) 高能级自旋取向，与外磁场相反，磁量子数高能级自旋取向，与外磁场相反，磁量子数1/ 2。 不同能级上分布的核数目可由不同能级上分布的核数目可由不同能级上分布的核数目可由不同能级上分布的核数目可由Boltzmann Boltzmann 方程计算：方程计算：方程计算：方程计算：核磁共振基本原理及实现方法课件 若取若取
20、1H 核的共振频率为核的共振频率为 100 MHZ Z，温度，温度为为298K，可得：，可得：核磁共振基本原理及实现方法课件 计算结果表明，计算结果表明， 两能级上的核数目差约为两能级上的核数目差约为两能级上的核数目差约为两能级上的核数目差约为1.61.6 10105 5 ， 处于低能态自旋取向的核仅占微弱多数；处于低能态自旋取向的核仅占微弱多数；处于低能态自旋取向的核仅占微弱多数；处于低能态自旋取向的核仅占微弱多数； 用适当频率的射频照射时，处于低能态自旋取向用适当频率的射频照射时，处于低能态自旋取向用适当频率的射频照射时，处于低能态自旋取向用适当频率的射频照射时，处于低能态自旋取向的核能够
21、吸收能量，跃迁至高能级，故可测得核磁共的核能够吸收能量，跃迁至高能级，故可测得核磁共的核能够吸收能量，跃迁至高能级，故可测得核磁共的核能够吸收能量，跃迁至高能级，故可测得核磁共振吸收信号。振吸收信号。振吸收信号。振吸收信号。 饱和（饱和（饱和（饱和（saturatedsaturated） 低能态的核数等于高能低能态的核数等于高能低能态的核数等于高能低能态的核数等于高能态的核数。态的核数。态的核数。态的核数。 弛豫（弛豫（弛豫（弛豫（relaxationrelaxation） 高能态的核以非辐射的高能态的核以非辐射的高能态的核以非辐射的高能态的核以非辐射的方式回到低能态。方式回到低能态。方式回到
22、低能态。方式回到低能态。核磁共振基本原理及实现方法课件弛豫过程包括弛豫过程包括弛豫过程包括弛豫过程包括 纵向弛豫纵向弛豫纵向弛豫纵向弛豫 和和和和 横向弛豫横向弛豫横向弛豫横向弛豫 两种。两种。两种。两种。 一一一一. .自旋晶格弛豫自旋晶格弛豫自旋晶格弛豫自旋晶格弛豫（纵向弛豫）（纵向弛豫）（纵向弛豫）（纵向弛豫） 为高能态的核与周围环境（固体晶格、液体中为高能态的核与周围环境（固体晶格、液体中为高能态的核与周围环境（固体晶格、液体中为高能态的核与周围环境（固体晶格、液体中溶剂分子等）进行能量交换的过程。其所经历的时溶剂分子等）进行能量交换的过程。其所经历的时溶剂分子等）进行能量交换的过程。
23、其所经历的时溶剂分子等）进行能量交换的过程。其所经历的时间为间为间为间为T T1 1。 T T1 1与核的种类、样品状态、环境温度等有关。与核的种类、样品状态、环境温度等有关。与核的种类、样品状态、环境温度等有关。与核的种类、样品状态、环境温度等有关。 T T1 1愈小，纵向弛豫过程效率越高。愈小，纵向弛豫过程效率越高。愈小，纵向弛豫过程效率越高。愈小，纵向弛豫过程效率越高。 液体样品液体样品液体样品液体样品T T1 1约为约为约为约为10104 410102 2s s，固体样品，固体样品，固体样品，固体样品T T1 1为数为数为数为数小时以上。小时以上。小时以上。小时以上。核磁共振基本原理及
24、实现方法课件二二 . 自旋自旋弛豫自旋自旋弛豫（横向弛豫）（横向弛豫） 为高能态自旋核将能量传递给相邻的低能态自为高能态自旋核将能量传递给相邻的低能态自为高能态自旋核将能量传递给相邻的低能态自为高能态自旋核将能量传递给相邻的低能态自旋核的过程。该过程所经历的时间为旋核的过程。该过程所经历的时间为旋核的过程。该过程所经历的时间为旋核的过程。该过程所经历的时间为 T T2 2 。 液体样品的液体样品的液体样品的液体样品的 T T2 2 约为约为约为约为 1s 1s ， 固体样品或高分子固体样品或高分子固体样品或高分子固体样品或高分子样品的样品的样品的样品的 T T2 2 约为约为约为约为 1010
25、3 3 s s。 弛豫时间弛豫时间弛豫时间弛豫时间 T T1 1 、T T2 2 中的较小者，决定了自旋核中的较小者，决定了自旋核中的较小者，决定了自旋核中的较小者，决定了自旋核在某一高能态滞留的平均时间。在某一高能态滞留的平均时间。在某一高能态滞留的平均时间。在某一高能态滞留的平均时间。核磁共振基本原理及实现方法课件 根据海森堡（根据海森堡（根据海森堡（根据海森堡（HeisenbergHeisenberg）测不准原理，有：）测不准原理，有：）测不准原理，有：）测不准原理，有：E E . . t t h h 又又又又 E Eh h v v h h v v. . t t h h 故有：故有：故有
26、：故有： v 1/ t 这说明，这说明，这说明，这说明，谱线宽度谱线宽度谱线宽度谱线宽度 v 与弛豫时间与弛豫时间与弛豫时间与弛豫时间 t 成反比成反比成反比成反比 。 核磁共振基本原理及实现方法课件 固体样品固体样品的的T2很小（约很小（约103 s），故谱），故谱线很宽，不利于分析。线很宽，不利于分析。 液体样品液体样品的平均弛豫时间大小适当，故的平均弛豫时间大小适当，故谱线较窄，有利于测量。谱线较窄，有利于测量。 仪器磁场不均匀会使谱线加宽。仪器磁场不均匀会使谱线加宽。 样品中的顺磁性物质（如氧、铁等），样品中的顺磁性物质（如氧、铁等），也会加宽谱线。也会加宽谱线。核磁共振基本原理及实现
27、方法课件 4.2 实现核磁共振的方法和仪实现核磁共振的方法和仪 4. 2.1 . 2.1 实现核磁共振的方法实现核磁共振的方法实现核磁共振的方法实现核磁共振的方法 对于对于对于对于I I1/2 1/2 的核，在外磁场中，其自旋能级产生裂分，在的核，在外磁场中，其自旋能级产生裂分，在的核，在外磁场中，其自旋能级产生裂分，在的核，在外磁场中，其自旋能级产生裂分，在与外磁场垂直的方向上用频率为与外磁场垂直的方向上用频率为与外磁场垂直的方向上用频率为与外磁场垂直的方向上用频率为v v0 0的射频照射样品原子，若的射频照射样品原子，若的射频照射样品原子，若的射频照射样品原子，若 0 0 = = B B0
28、 0 / (2/ (2 ) ) 则可产生核磁共振。则可产生核磁共振。则可产生核磁共振。则可产生核磁共振。 核磁共振基本原理及实现方法课件 对于对于对于对于I I1/2 1/2 的核，的核，的核，的核，核磁共振条件：核磁共振条件：核磁共振条件：核磁共振条件： 0 0 = = B B0 0 / (2/ (2 ) ) 对于同一种核对于同一种核对于同一种核对于同一种核 ，磁旋比，磁旋比，磁旋比，磁旋比 为定值，为定值，为定值，为定值， B B0 0可变，可变，可变，可变， 0 0可可可可 变。变。变。变。 对于不同原子核，磁旋比对于不同原子核，磁旋比对于不同原子核，磁旋比对于不同原子核，磁旋比 不同，
29、产生共振的件不同，不同，产生共振的件不同，不同，产生共振的件不同，不同，产生共振的件不同，需要的磁场强度需要的磁场强度需要的磁场强度需要的磁场强度B B0 0和射频频率和射频频率和射频频率和射频频率 0 0不同。不同。不同。不同。 一一一一. . 扫频扫频扫频扫频 ：固定固定固定固定B B0 0 ，逐渐改变，逐渐改变，逐渐改变，逐渐改变 0 0 ，直至满足上式，产，直至满足上式，产，直至满足上式，产，直至满足上式，产生核磁共振。生核磁共振。生核磁共振。生核磁共振。 二二二二. . 扫场扫场扫场扫场 ：固定：固定：固定：固定 0 0 ，逐渐改变，逐渐改变，逐渐改变，逐渐改变B B0 0 ，直至满
30、足上式，产，直至满足上式，产，直至满足上式，产，直至满足上式，产生核磁共振。一般仪器都采用扫场方式。生核磁共振。一般仪器都采用扫场方式。生核磁共振。一般仪器都采用扫场方式。生核磁共振。一般仪器都采用扫场方式。 核磁共振基本原理及实现方法课件4.2.2 核磁共振仪核磁共振仪 nuclear magnetic resonance spectrometernuclear magnetic resonance spectrometer 一一一一. . 仪器的分类仪器的分类仪器的分类仪器的分类 按射频频率分类：按射频频率分类：按射频频率分类：按射频频率分类： 60MH60MHZ Z 、100MH100M
31、HZ Z 、240MH240MHZ Z 、600MH600MHZ Z 等。等。等。等。 按磁体类型分类：按磁体类型分类：按磁体类型分类：按磁体类型分类： 永磁体型永磁体型永磁体型永磁体型 、电磁体型、电磁体型、电磁体型、电磁体型 、超导磁体型、超导磁体型、超导磁体型、超导磁体型等。等。等。等。 按射频源分类按射频源分类按射频源分类按射频源分类 ： 连续波核磁共振仪（连续波核磁共振仪（连续波核磁共振仪（连续波核磁共振仪（CWCWNMRNMR）、）、）、）、 脉冲傅立叶变换核磁共振仪（脉冲傅立叶变换核磁共振仪（脉冲傅立叶变换核磁共振仪（脉冲傅立叶变换核磁共振仪（PFTPFTNMRNMR）。）。）。
32、）。核磁共振基本原理及实现方法课件二二二二. . 连续波核磁共振仪简介连续波核磁共振仪简介连续波核磁共振仪简介连续波核磁共振仪简介 1 1永久磁铁：永久磁铁：永久磁铁：永久磁铁： 提供外提供外提供外提供外磁场，要求稳定性好，均磁场，要求稳定性好，均磁场，要求稳定性好，均磁场，要求稳定性好，均匀，不均匀性小于六千万匀，不均匀性小于六千万匀，不均匀性小于六千万匀，不均匀性小于六千万分之一。分之一。分之一。分之一。 2 2 射频振荡器：射频振荡器：射频振荡器：射频振荡器： 产产产产生所需射频，并通过垂直生所需射频，并通过垂直生所需射频，并通过垂直生所需射频，并通过垂直于外磁场的射频振荡器线于外磁场的
33、射频振荡器线于外磁场的射频振荡器线于外磁场的射频振荡器线圈，圈，圈，圈，将电磁辐射信号作用将电磁辐射信号作用将电磁辐射信号作用将电磁辐射信号作用于样品。于样品。于样品。于样品。核磁共振基本原理及实现方法课件 3. 3. 扫描发生器：扫描发生器：扫描发生器：扫描发生器： 可在小范可在小范可在小范可在小范围内改变外磁场强度。围内改变外磁场强度。围内改变外磁场强度。围内改变外磁场强度。 通过通过通过通过扫场线圈使施加于样品的磁扫场线圈使施加于样品的磁扫场线圈使施加于样品的磁扫场线圈使施加于样品的磁场强度由低到高变化，进行场强度由低到高变化，进行场强度由低到高变化，进行场强度由低到高变化，进行扫场，以
34、满足核磁共振条件。扫场，以满足核磁共振条件。扫场，以满足核磁共振条件。扫场，以满足核磁共振条件。 4. 4. 射频信号接受器（检测射频信号接受器（检测射频信号接受器（检测射频信号接受器（检测器）：器）：器）：器）：当自旋核的进动频率当自旋核的进动频率当自旋核的进动频率当自旋核的进动频率与辐射频率相匹配时，发生与辐射频率相匹配时，发生与辐射频率相匹配时，发生与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在接能级跃迁，吸收能量，在接能级跃迁，吸收能量，在接能级跃迁，吸收能量，在接收器线圈中产生感应信号。收器线圈中产生感应信号。收器线圈中产生感应信号。收器线圈中产生感应信号。核磁共振基本原理及实现方法
35、课件 5. 5. 记录系统：记录系统：记录系统：记录系统： 将感应信号放大并记录下来。将感应信号放大并记录下来。将感应信号放大并记录下来。将感应信号放大并记录下来。 此外，此外，此外，此外， 还有去偶仪、还有去偶仪、还有去偶仪、还有去偶仪、温度可变装置、信号累温度可变装置、信号累温度可变装置、信号累温度可变装置、信号累积平均仪（积平均仪（积平均仪（积平均仪（CATCAT）等扩）等扩）等扩）等扩展仪器功能的装置。展仪器功能的装置。展仪器功能的装置。展仪器功能的装置。 6 6样品管：样品管：样品管：样品管： 为外径为外径为外径为外径5mm5mm的玻璃管，测量过程的玻璃管，测量过程的玻璃管，测量过程
36、的玻璃管，测量过程中以中以中以中以 40406060周周周周 /s /s 的速度的速度的速度的速度旋转旋转旋转旋转, , 使样品感受到的磁使样品感受到的磁使样品感受到的磁使样品感受到的磁场作用更加均匀，防止谱场作用更加均匀，防止谱场作用更加均匀，防止谱场作用更加均匀，防止谱线变宽。线变宽。线变宽。线变宽。核磁共振基本原理及实现方法课件核磁共振波谱仪核磁共振波谱仪核磁共振基本原理及实现方法课件样品的制备：样品的制备：试样浓度：试样浓度：试样浓度：试样浓度： 5 510% 10% ；一般需要纯样品；一般需要纯样品；一般需要纯样品；一般需要纯样品 15-30 mg 15-30 mg ； 傅立叶变换核
37、磁共振波谱仪需要纯样品傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品傅立叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1 mg 1 mg 。标样浓度：标样浓度：标样浓度：标样浓度：（四甲基硅烷（四甲基硅烷（四甲基硅烷（四甲基硅烷 TMSTMS） ： 1% 1% 。溶剂：溶剂：溶剂：溶剂： 1 1H H 谱谱谱谱 四氯化碳，二硫化碳四氯化碳，二硫化碳四氯化碳，二硫化碳四氯化碳，二硫化碳 。氘代溶剂：氘代溶剂：氘代溶剂：氘代溶剂： 氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物。氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物。氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物。氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物。核磁共振基本原理及
38、实现方法课件三三 . 傅立叶变换核磁共振波谱仪傅立叶变换核磁共振波谱仪 不是通过扫场或扫不是通过扫场或扫不是通过扫场或扫不是通过扫场或扫频产生共振。频产生共振。频产生共振。频产生共振。 恒定磁场，施加全恒定磁场，施加全恒定磁场，施加全恒定磁场，施加全频脉冲，使所有待测核频脉冲，使所有待测核频脉冲，使所有待测核频脉冲，使所有待测核都产生共振，采集产生都产生共振，采集产生都产生共振，采集产生都产生共振，采集产生的自由感应衰减信号，的自由感应衰减信号，的自由感应衰减信号，的自由感应衰减信号，经过傅立叶变换获得一经过傅立叶变换获得一经过傅立叶变换获得一经过傅立叶变换获得一般核磁共振谱图。般核磁共振谱图。般核磁共振谱图。般核磁共振谱图。核磁共振基本原理及实现方法课件四四. 超导核磁共振波谱仪：超导核磁共振波谱仪： 永久磁铁和电磁铁：永久磁铁和电磁铁： 磁场强度磁场强度100 kG 开始时，大电流一次性励磁后，闭合开始时，大电流一次性励磁后，闭合线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变；线圈，产生稳定的磁场，长年保持不变；温度升高，温度升高，“失超失超”；重新励磁。；重新励磁。 超导核磁共振波谱仪：超导核磁共振波谱仪： 200-400HMz ； 可可 高达高达 600700HMz。核磁共振基本原理及实现方法课件
