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你知道核磁共振現(xiàn)象的原理嗎?
更新時(shí)間:2017-05-17   點(diǎn)擊次數(shù):1658次
   核磁共振現(xiàn)象來(lái)源于原子核的自旋角動(dòng)量在外加磁場(chǎng)作用下的進(jìn)動(dòng)。
  根據(jù)量子力學(xué)原理,原子核與電子一樣,也具有自旋角動(dòng)量,其自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,不同類(lèi)型的原子核自旋量子數(shù)也不同:
  質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核,自旋量子數(shù)為0 ,即I=0,如12C,16O,32S等,這類(lèi)原子核沒(méi)有自旋現(xiàn)象,稱(chēng)為非磁性核。質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核,自旋量子數(shù)為半整數(shù) ,如1H,19F,13C等,其自旋量子數(shù)不為0,稱(chēng)為磁性核。質(zhì)量數(shù)為偶數(shù),質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核,自旋量子數(shù)為整數(shù),這樣的核也是磁性核。但迄今為止,只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核,其核磁共振信號(hào)才能夠被人們利用,經(jīng)常為人們所利用的原子核有: 1H、11B、13C、17O、19F、31P ,由于原子核攜帶電荷,當(dāng)原子核自旋時(shí),會(huì)由自旋產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)量成正比。將原子核置于外加磁場(chǎng)中,若原子核磁矩與外加磁場(chǎng)方向不同,則原子核磁矩會(huì)繞外磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn),這一現(xiàn)象類(lèi)似陀螺在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)軸的擺動(dòng),稱(chēng)為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)具有能量也具有一定的頻率。
  原子核進(jìn)動(dòng)的頻率由外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度和原子核本身的性質(zhì)決定,也就是說(shuō),對(duì)于某一特定原子,在一定強(qiáng)度的的外加磁場(chǎng)中,其原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率是固定不變的。
  原子核發(fā)生進(jìn)動(dòng)的能量與磁場(chǎng)、原子核磁矩、以及磁矩與磁場(chǎng)的夾角相關(guān),根據(jù)量子力學(xué)原理,原子核磁矩與外加磁場(chǎng)之間的夾角并不是連續(xù)分布的,而是由原子核的磁量子數(shù)決定的,原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍,而不能平滑的變化,這樣就形成了一系列的能級(jí)。當(dāng)原子核在外加磁場(chǎng)中接受其他來(lái)源的能量輸入后,就會(huì)發(fā)生能級(jí)躍遷,也就是原子核磁矩與外加磁場(chǎng)的夾角會(huì)發(fā)生變化。這種能級(jí)躍遷是獲取核磁共振信號(hào)的基礎(chǔ)。
  為了讓原子核自旋的進(jìn)動(dòng)發(fā)生能級(jí)躍遷,需要為原子核提供躍遷所需要的能量,這一能量通常是通過(guò)外加射頻場(chǎng)來(lái)提供的。根據(jù)物理學(xué)原理當(dāng)外加射頻場(chǎng)的頻率與原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率相同的時(shí)候,射頻場(chǎng)的能量才能夠有效地被原子核吸收,為能級(jí)躍遷提供助力。因此某種特定的原子核,在給定的外加磁場(chǎng)中,只吸收某一特定頻率射頻場(chǎng)提供的能量,這樣就形成了一個(gè)核磁共振信號(hào).

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