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物体固有频率与共振核磁共振原理:原子核自旋角动量的奥秘

更新时间:2024-06-30 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

当物体的固有频率相同时,就会发生共振。suV物理好资源网(原物理ok网)

NMR 原理suV物理好资源网(原物理ok网)

核磁共振现象起源于外磁场作用下原子核自旋角动量发生的进动。suV物理好资源网(原物理ok网)

根据量子力学原理,原子核与电子一样,也具有自旋角动量,其自旋角动量的具体大小由原子核的自旋量子数决定。实验结果表明,不同类型的原子核具有不同的自旋量子数:suV物理好资源网(原物理ok网)

具有偶数个质子和偶数质量的原子核的自旋量子数为 0。suV物理好资源网(原物理ok网)

具有奇数质量数的原子核具有半整数自旋量子数。suV物理好资源网(原物理ok网)

质量数为偶数、质子数为奇数、自旋量子数为整数的原子核suV物理好资源网(原物理ok网)

到目前为止,人们只能利用自旋量子数等于1/2的原子核作为其核磁共振信号。人们经常使用的原子核有:1H、11B、13C、17O、19F、31PsuV物理好资源网(原物理ok网)

由于原子核带电荷,当原子核旋转时,会由自旋产生磁矩。这个磁矩的方向与原子核的自旋方向相同,大小与原子核的自旋角动量成正比。当原子核置于外磁场中时,如果核磁矩的方向与外磁场的方向不同,核磁矩就会绕外磁场方向旋转。这种现象类似于陀螺仪在旋转过程中,转轴的摆动,称为进动。进动是有能量的,有一定的频率。suV物理好资源网(原物理ok网)

原子核进动的频率由外磁场强度和原子核本身的性质决定,也就是说,对于一个特定的原子,在一定强度的外磁场中,其核自旋进动的频率是固定的。suV物理好资源网(原物理ok网)

原子核进动的能量与磁场、核磁矩以及磁矩与磁场的夹角有关。根据量子力学原理,核磁矩与外磁场的夹角并不是连续分布的,而是由原子核的磁量子数决定的。核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃共振原理,不能平滑地变化,从而形成一系列的能级。当原子核在外磁场中接受其他来源的能量输入时,就会发生能级跃迁,也就是核磁矩与外磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获得核磁共振信号的基础。suV物理好资源网(原物理ok网)

为了使核自旋进动发生能级跃迁,需要为原子核提供跃迁所需的能量,而这种能量通常由外界射频场提供。根据物理学原理,当外界射频场的频率与核自旋进动的频率相同时,射频场的能量可以被原子核有效吸收共振原理,为能级跃迁提供助力。因此,某个原子核在给定的外界磁场中留学之路,只吸收某一频率的射频场提供的能量,从而形成核磁共振信号。suV物理好资源网(原物理ok网)

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