中国科学技术大学：《核磁共振原理及其在生物学中的应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 核磁共振基本原理（1.1-1.3）

核磁共振基本原理1讲 吴季辉 核磁共振原理及其在 生物学中的应用 第一章核磁共振基本原理 §1.1—§1.3

核磁共振原理及其在 生物学中的应用 第一章 核磁共振基本原理 §1.1 ⎯ §1.3 核磁共振基本原理 1讲 吴季辉

核磁共振基本原理1讲 吴季辉 第一讲 自旋 1.原子核的磁矩 角动量 2.核磁共振现象 核磁矩 3.弛豫现象

第一讲 1.原子核的磁矩 2.核磁共振现象 3.弛豫现象 • 自旋 • 角动量 • 核磁矩 核磁共振基本原理 1讲 吴季辉

核磁共振基本原理1讲 吴季辉 核自旋 自旋:基本粒子的内禀属性 质子,中子,电子都有自旋,自旋量子数I=1/2 设原子的质量数为A,核电荷数(等于原子序数)为Z, 质子数为p,中子数为n,如果原子核的自旋用核自旋量 子数Ⅰ来表示,那么核自旋量子数符合下面三条基本规律 1.A,Z都是偶数时,即p,n均偶数时,核自旋量子数I=0 如 C S,4:I=0 2.A是奇数时,即p,n中一为偶数,另一为奇数,核自旋 量子数=半整数。如H1,F9,3P15,3H1,1N;l=1/2 以及35C17,3Cl1:I=3/2 3.A是偶数,Z是奇数时,即p,n均奇数时,核自旋量子数I= 整数,如D1,14NI=1;50V23:I=6

核自旋 3. A是偶数, Z是奇数时, 即p，n均奇数时，核自旋量子数I= 整数, 如2D1 , 14N7 : I=1；50V23：I=6。 • 自旋: 基本粒子的内禀属性 质子，中子，电子都有自旋，自旋量子数I= 1/2 • 设原子的质量数为A，核电荷数(等于原子序数) 为Z ， 质子数为p，中子数为n，如果原子核的自旋用核自旋量 子数I来表示，那么核自旋量子数符合下面三条基本规律 1. A，Z都是偶数时，即p，n均偶数时，核自旋量子数I=0。 如16O8， 12C6， 32S16：I=0； 2. A是奇数时，即p，n中一为偶数，另一为奇数，核自旋 量子数I=半整数。如1H1， 19F9， 31P15， 3H1， 15N7 : I=1/2; 以及35Cl17, 37Cl17：I=3/2; 核磁共振基本原理 1讲 吴季辉

核磁共振基本原理1讲 吴季辉 角动量 角动量:与自旋相关的物理量 I(+1)h 角动量的空间量子化 Ⅰ=m方 Z S m称为核的磁量子数,m=,I-1,,-I+1,I,共2+1个

角动量 角动量: 与自旋相关的物理量 •角动量的空间量子化 2 1 0 -1 -2 I z m m称为核的磁量子数, m=I, I-1, …，-I+1, -I ,共2I+1个   I = I(I +1) I z = m 核磁共振基本原理 1讲 吴季辉

=12 =1 h h 4π Ar J2=0

核磁共振基本原理1讲 吴季辉 核磁矩 核磁矩μ和核角动量I之间存在如下关系 γ是核自旋旋磁比,不同的核有不同的旋磁比 核磁矩也是空间量子化的 u, =yl, = ymh m称为核的磁量子数,m,I-1,…,-+1,-,共2IH+1个

核磁矩 核磁矩和核角动量I之间存在如下关系 ＝I 是核自旋旋磁比，不同的核有不同的旋磁比 核磁矩也是空间量子化的 μz = γIz = γm m称为核的磁量子数, m=I, I-1, …，-I+1, -I ,共2I+1个 核磁共振基本原理 1讲 吴季辉

E= 2丌 nucleus Nat. Abd [1oTIS-I [% H 1/2 2.675 1.00 9998 0.673 1.7610 1/2 2.517 0.83 -0.2712 3.8510 0.37 P 1/2 1.083 0.0665 100

核磁共振基本原理1讲 吴季辉 磁矩与外磁场的相互作用能 在外磁场B中,磁矩μ与磁场相互作用 E=-μB。==HB0 因为以2=m,所以E=-yhmB0 不同的空间取向导致核能级发生塞曼分裂 自旋量子数=的核有2I+1个能级

磁矩与外磁场的相互作用能 在外磁场B0中，磁矩与磁场相互作用， E＝－B0 =－zB0 因为z = m, 所以 E＝－mB0 不同的空间取向导致核能级发生塞曼分裂 自旋量子数=I的核有 2I+1个能级 核磁共振基本原理 1讲 吴季辉

核磁共振基本原理1讲 吴季辉 能级分裂 以质子为例,I=1/2,m=±1/2,在外磁场B作用下分裂成 为两个能级 E=-yhB/2=-ho/2 (m=+1/2) B yhB /2=h0/2 其中o=VB,为拉摩频率 △E 过wm=+Is 0

能级分裂 以质子为例，I＝1/2 ，m＝1/2, 在外磁场B0作用下分裂成 为两个能级 E ＝-B0 /2＝-0 /2 (m = +1/2) E ＝B0 /2＝0 /2 (m = -1/2) 其中0 ＝B0，为拉摩频率 H0 =0 H0 =0 E E m= -1/2  , E ,m=+1/2 a 核磁共振基本原理 1讲 吴季辉

E h 十 m=+1/2 +112h/2rB h 4 1/2 yh/2r B Bo≠0 FIGURE 6. Energy levels of the a-and B- states of 1=1/2 nuclei