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  • 1 # 使用者1465424935672

    現在理解這些原理對你來說還有些困難.需要上大學以後才能有比較全面的理解.

    核磁共振的原理

    根據量子力學原理,原子核與電子一樣,也具有自旋角動量,其自旋角動量的具體數值由原子核的自旋量子數決定,實驗結果顯示,不同型別的原子核自旋量子數也不同:

    質量數和質子數均為偶數的原子核,自旋量子數為0

    質量數為奇數的原子核,自旋量子數為半整數

    質量數為偶數,質子數為奇數的原子核,自旋量子數為整數

    迄今為止,只有自旋量子數等於1/2的原子核,其核磁共振訊號才能夠被人們利用,經常為人們所利用的原子核有: 1H、11B、13C、17O、19F、31P

    由於原子核攜帶電荷,當原子核自旋時,會由自旋產生一個磁矩,這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同,大小與原子核的自旋角動量成正比。將原子核置於外加磁場中,若原子核磁矩與外加磁場方向不同,則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉,這一現象類似陀螺在旋轉過程中轉動軸的擺動,稱為進動。進動具有能量也具有一定的頻率。

    原子核進動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質決定,也就是說,對於某一特定原子,在一定強度的的外加磁場中,其原子核自旋進動的頻率是固定不變的。

    原子核發生進動的能量與磁場、原子核磁矩、以及磁矩與磁場的夾角相關,根據量子力學原理,原子核磁矩與外加磁場之間的夾角並不是連續分佈的,而是由原子核的磁量子數決定的,原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數之間跳躍,而不能平滑的變化,這樣就形成了一系列的能級。當原子核在外加磁場中接受其他來源的能量輸入後,就會發生能級躍遷,也就是原子核磁矩與外加磁場的夾角會發生變化。這種能級躍遷是獲取核磁共振訊號的基礎。

    為了讓原子核自旋的進動發生能級躍遷,需要為原子核提供躍遷所需要的能量,這一能量通常是透過外加射頻場來提供的。根據物理學原理當外加射頻場的頻率與原子核自旋進動的頻率相同的時候,射頻場的能量才能夠有效地被原子核吸收,為能級躍遷提供助力。因此某種特定的原子核,在給定的外加磁場中,只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量,這樣就形成了一個核磁共振訊號.

    紅外光譜(infrared spectra),以波長或波數為橫座標?以強度或其他隨波長變化的性質為縱座標所得到的反映紅外射線與物質相互作用的譜圖。按紅外射線的波長範圍,可粗略地分為近紅外光譜(波段為0.8~2.5微米)、中紅外光譜(2.5~25微米)和遠紅外光譜(25~1000微米)。對物質自發發射或受激發射的紅外射線進行分光,可得到紅外發射光譜,物質的紅外發射光譜主要決定於物質的溫度和化學組成;對被物質所吸收的紅外射線進行分光,可得到紅外吸收光譜。每種分子都有由其組成和結構決定的獨有的紅外吸收光譜,它是一種分子光譜。分子的紅外吸收光譜屬於帶狀光譜。原子也有紅外發射和吸收光譜,但都是線狀光譜。

    量子場論或量子電動力學可以正確地描述和解釋紅外射線(一種電磁輻射)與物質的相互作用。若採用半經典的理論處理方法,即對組成物質的分子和原子作為量子力學體系來處理,輻射場作為一種經典物理中的電磁波並忽略其光子的特徵,則分子紅外光譜是由分子不停地作振動和轉動而產生的。分子振動是指分子中各原子在平衡位置附近作相對運動,多原子分子可組成多種振動模式。當孤立分子中各原子以同一頻率、同一相位在平衡位置附近作簡諧振動時,這種振動方式稱簡正振動。含N個原子的分子應有3N-6個簡正振動方式;如果是線性分子,只有3N-5個簡正振動方式。圖中示出非線性3原子分子僅有的3種簡正振動模式。分子的轉動指的是分子繞質心進行的運動。分子振動和轉動的能量不是連續的,而是量子化的。當分子由一種振動(或轉動)狀態躍遷至另一種振動(或轉動)狀態時,就要吸收或發射與其能級差相應的光。

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