脉冲核磁共振.doc

附件材料二脉冲核磁共振实验基本原理核磁共振（NMR）是一种磁共振现象，是原子核在核能级上的共振跃迁。利用核磁共振可以测定原子核的磁矩，精确地测量磁场，研究物质结构。1922年斯特恩（Otto Stern 18881969）通过实验，用分子束方法证明了原子核磁矩空间量子化，并为进一步测定质子之类的亚原子粒子的磁矩奠定了基础。此后，拉比(Isidor Isaac Rabi 18981988)发展了分子束磁共振方法，可以精密测量核磁矩和光谱的超精细结构。1946年布洛赫（Felix Bloch 19051983）实现了原子核感应，现称核磁共振（具有磁矩的原子核位于恒定磁场中时，将以一定的角速度围绕磁场轴作进动并最终沿磁场方向趋向。如果垂直于该恒定磁场外加一弱交变磁场,且当交变磁场的圆频率和恒定磁场满足一定的关系时，核磁矩将会沿着固定轨道绕恒定磁场进动，同时出现能量的最大吸收）。当年年底，塞尔(Edward Mills Purcell 19121997)首次报告了在凝聚态物质中观察到的核磁共振现象。1943年斯特恩因在发展分子束方法上所作的贡献和发现了质子的核磁矩获得诺贝尔物理学奖。1944年拉比因用共振方法记录了原子核的磁特性获诺贝尔物理学奖。1952年布洛赫和塞尔因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现分享诺贝尔物理学奖。在稳态核磁共振的基础上，1950年代出现了脉冲核磁共振方法，得到高灵敏度、高分辨率的核磁共振信号。核磁共振与计算机结合，发展了许多高新技术。一般地，连续波核磁共振波谱仪在任一瞬间，只有一种核处于共振状态，而其他核都处于“等待”状态，因此扫描速度慢，这就不利于对一些量小的样品和某些天然丰度小的核进行测定，由于它们必须采取累加的方法，而连续波核磁共振波谱仪扫描速度慢，耗时长，且难于保证信号长期不漂移；脉冲核磁共振波谱仪仪器工作的方式是利用短而强的射频脉冲，使所有的核同时都共振，从而在很短的时间内完成一张谱图的记录。一、脉冲核磁共振基本原理：1、Bloch方程：原子核磁矩：，称为回度比，L为自旋角动量。原子核在磁场中受到磁力矩，并产生附加能量，由得：，各分量表式为： 2、驰豫过程： 驰豫过程是原子核的核磁矩与物质相互作用产生的。可分为纵向和横向驰豫过程。纵向驰豫过程是自旋与晶格热运动相互作用使得自旋无辐射时的情况下按由高能级跃迁至低能级，T1称为纵向驰豫时间；横向驰豫过程是核自旋与核自旋之间相互作用使得自发辐射信号按衰减，T2称为横向驰豫时间；于是Bloch方程改为：二、工作过程1、脉冲激发过程工作原理样品置于静磁场B0平行于Z轴，射频场以角频率加在样品上，B分量为：设脉冲作用时间远小于驰豫时间，则其中。根据脉冲作用时间可将脉冲分为900，1800，2700，3600，一般主要的有900和1800脉冲。（1）称为900脉冲 a)基态经900脉冲后变为，此时是最强的电磁辐射；b)激发态经900脉冲后变为，也是最强的电磁辐射；c)上述两种辐射态经900脉冲后变为或，此时辐射为零。（2）称为1800脉冲a)基态经1800脉冲后变为；辐射为零。b)任意状态的经1800脉冲后都沿着X轴方向翻转1800。2、自由衰减过程（自发辐射）当发生自发辐射时，无外加射频脉冲，B1=0，此时 三、实验方法1、900脉冲观察自由衰减过程在共振条件下（），样品上加900射频脉冲，打开高灵敏度放大器即可观察自由衰减过程（，一般。由于磁场不均匀性，所以得到波形为，式中为衰减函数，即。 900脉冲自由衰减过程2、9001800测量T2（自旋回波法） 由于磁场不均匀性，使得谱线出现不均匀加宽，的横向分量未加1800脉冲时时刻的横向分量为 加载1800脉冲后变为： 所以因频谱增宽而导致的相位散失，通过1800脉冲后在时又重新聚合。0 900脉冲 1800脉冲 自旋回波3、1800900测量T1（反转恢复法） 样品在基态经过1800脉冲后跃