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| 核磁共振的基本原理 |
| 來源：中國粉體技術(shù)網(wǎng) 更新時間：2013-10-10 19:33:07 瀏覽次數(shù)： |
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（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/三水）原子核是帶正電荷的粒子，許多原子核能繞核軸自旋，形成一定的自旋角動量P，這種自旋如同電流流過線圈能產(chǎn)生磁場一樣，可以產(chǎn)生磁矩。各種不同的原子核，自旋的情況不同，原子核自旋的情況可用自旋量子數(shù)I表征。I是核的特征常數(shù)，其數(shù)值與中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)有關(guān)。
I=0的原子核，其中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)，質(zhì)量數(shù)也為偶數(shù)。核的自旋角動量為零，無自旋現(xiàn)象，如12C6、16O8、32S16等核。凡是自旋量子數(shù)I=0的核成為非磁性核，不能用核磁共振法進行測定。I≠0的核則稱為磁性核。
I=1/2,3/2，5/2，…的原子核，其中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之中一個為偶數(shù)，另一個為奇數(shù)，質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)，如1H1，15N7，19F9等核，自旋角動量不為零，可以產(chǎn)生核自旋現(xiàn)象。
I=1,2，…的原子核，其中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)均為奇數(shù)，而質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，例如2H1，14N7等，自旋角動量不為零，是磁性核。
核磁共振研究的對象即為I≠0的原子核。其中I=1/2的原子核，核電荷呈球形均勻分布于核表面，具有良好的核磁共振的譜線，最宜于核磁共振檢測。目前研究和應(yīng)用最多的是1H1和13C6的核磁共振譜。
對于磁性核在磁場中吸收射頻輻射的現(xiàn)象，可以用兩種模型來描述：量子力學(xué)模型和經(jīng)典力學(xué)模型。下面以量子力學(xué)模型為例。
依據(jù)量子力學(xué)原理，自旋角動量是量子化的，其狀態(tài)由核的自旋量子數(shù)I所決定，p的絕對值為：
式中，h為普朗克常數(shù)。
原子核自旋所產(chǎn)生的自旋角動量的大小不能等于任意數(shù)值，它由核的自旋量子數(shù)I所決定。在一般情況下，自旋磁矩可以任意取向，但當(dāng)把自旋的原子核放入外加磁場（H0）中，除自旋外，原子核還將繞H0運動，由于磁矩和磁場的相互作用，核磁矩的取向是量子化的。核磁距的取向數(shù)可用磁量子數(shù)m來表示，m=I、I-1、I-2，……，-（I-1），-I，共有2I+1個取向，使原來間并的能級分裂成2I+1個能級。根據(jù)量子力學(xué)選率，只有△m=±1的躍遷才是允許的。
在外加磁場H0中，自旋核繞自旋軸旋轉(zhuǎn)，而自旋軸與磁場H0又以特定夾角繞H0旋轉(zhuǎn)，類似一個陀螺在重力場中的運動，這樣的運動稱為拉摩爾進動（Larmor precession）。進動頻率由下式計算：
拉摩爾進動如圖1所示，在外加磁場中，自旋的原子核具有不同的能級，如用一特定頻率ν的電磁波照射樣品，并使ν=ν0，原子核即可以進行能級之間的躍遷，產(chǎn)生核磁共振吸收。
圖1 陀螺的進動與核磁矩的進動比較
上式是產(chǎn)生核磁共振的條件。因此核磁共振譜可以定義為在磁場中具有自旋磁矩的原子核接受電磁波的射頻的照射，射頻輻射（radio-frequency radiation）的頻率等于原子核在恒定磁場中的進動頻率（Lamor frequency）時產(chǎn)生的共振吸收譜（電磁波譜中“射頻”，簡寫為RF，一般是指頻率約為3kHz-300GHz的輻射）。 |
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