核磁共振谱仪定义、发展及基本原理

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核磁共振是指一个射频场引起有磁矩的原子核与外磁场相互作用而产生的磁能之间的跃迁。核磁共振波谱仪是基于核磁矩不等于零的原子核，在静磁场作用下，对稳定频率电磁波的吸收现象来研究物质结构的一种工具。分析工作者从共振峰的数和相对的强度、化学位移和弛豫时间等参数进行物质结构分析。
一、核磁共振的定义
核磁共振（nuclear　magnetic　resonance， NMR）是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用自旋能级发生蔡曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。并不是是所有原子核都能产生这种现象，原子核能产生核磁共振现象是因为具有核自旋。原子核自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产生进动核和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。这种过程就是核磁共振。
二、发展现状
二十世纪后半叶，NMR技术和仪器发展十分快速，从永磁到超导，从60MHz到800MHz的NMR谱仪磁体的磁场差不多每五年提高一点五倍，这是被NMR在有机结构分析和医疗诊断上特有功能所促进的。现在有机化学研究中NMR已经成为分析常规测试手段，同样，在医疗上MRI（核磁共振成像仪器）亦成为某些疾病的诊断手段。
1953年：美国Varian公司第一台NMR谱仪（30MHz）
1964年：美国Varian公司第一台超导NMR谱仪（200MHz）
1971年：日本JEOL公司第一台超导傅里叶变换NMR谱仪（计算机用于NMR谱仪，使NMR技术有了质的飞跃发展）。
三、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 间的关系如下图：

表1 各种核的自旋量子数

 

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。
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。
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来源：https://blog.csdn.net/m0_69233218/article/details/124015900
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