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| 核磁共振的基本原理 |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2013-10-10 19:33:07 浏览次数： |
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（中国粉体技术网/三水）原子核是带正电荷的粒子，许多原子核能绕核轴自旋，形成一定的自旋角动量P，这种自旋如同电流流过线圈能产生磁场一样，可以产生磁矩。各种不同的原子核，自旋的情况不同，原子核自旋的情况可用自旋量子数I表征。I是核的特征常数，其数值与中子数和质子数有关。
I=0的原子核，其中子数和质子数均为偶数，质量数也为偶数。核的自旋角动量为零，无自旋现象，如12C6、16O8、32S16等核。凡是自旋量子数I=0的核成为非磁性核，不能用核磁共振法进行测定。I≠0的核则称为磁性核。
I=1/2,3/2，5/2，…的原子核，其中子数和质子数之中一个为偶数，另一个为奇数，质量数为奇数，如1H1，15N7，19F9等核，自旋角动量不为零，可以产生核自旋现象。
I=1,2，…的原子核，其中子数、质子数均为奇数，而质量数为偶数，例如2H1，14N7等，自旋角动量不为零，是磁性核。
核磁共振研究的对象即为I≠0的原子核。其中I=1/2的原子核，核电荷呈球形均匀分布于核表面，具有良好的核磁共振的谱线，最宜于核磁共振检测。目前研究和应用最多的是1H1和13C6的核磁共振谱。
对于磁性核在磁场中吸收射频辐射的现象，可以用两种模型来描述：量子力学模型和经典力学模型。下面以量子力学模型为例。
依据量子力学原理，自旋角动量是量子化的，其状态由核的自旋量子数I所决定，p的绝对值为：
式中，h为普朗克常数。
原子核自旋所产生的自旋角动量的大小不能等于任意数值，它由核的自旋量子数I所决定。在一般情况下，自旋磁矩可以任意取向，但当把自旋的原子核放入外加磁场（H0）中，除自旋外，原子核还将绕H0运动，由于磁矩和磁场的相互作用，核磁矩的取向是量子化的。核磁距的取向数可用磁量子数m来表示，m=I、I-1、I-2，……，-（I-1），-I，共有2I+1个取向，使原来间并的能级分裂成2I+1个能级。根据量子力学选率，只有△m=±1的跃迁才是允许的。
在外加磁场H0中，自旋核绕自旋轴旋转，而自旋轴与磁场H0又以特定夹角绕H0旋转，类似一个陀螺在重力场中的运动，这样的运动称为拉摩尔进动（Larmor precession）。进动频率由下式计算：
拉摩尔进动如图1所示，在外加磁场中，自旋的原子核具有不同的能级，如用一特定频率ν的电磁波照射样品，并使ν=ν0，原子核即可以进行能级之间的跃迁，产生核磁共振吸收。
图1 陀螺的进动与核磁矩的进动比较
上式是产生核磁共振的条件。因此核磁共振谱可以定义为在磁场中具有自旋磁矩的原子核接受电磁波的射频的照射，射频辐射（radio-frequency radiation）的频率等于原子核在恒定磁场中的进动频率（Lamor frequency）时产生的共振吸收谱（电磁波谱中“射频”，简写为RF，一般是指频率约为3kHz-300GHz的辐射）。 |
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