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核磁共振原理简介

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核磁共振原理简介 在国内核磁共振光谱仪之使用已有二十几年的历史,所提供的研究大多以化学位移(chemical shift)及自旋-自旋间耦合(spin-spin coupling),.做化合物构造鉴定之用,但目前已经增购许多新型核磁共振光谱仪,具备许多新功能,例如可做二维核磁共振光谱固及多重脉冲实验而得到局部光谱图,或者因研究需要而改变脉冲序列,这些新的功能,对各方面的研究提供更多且详细的资料,然而对脉冲核磁共振原理及应用,核弛缓(nuclear relaxation)的问题相当重要。国内一般人对化学位移及自旋间耦合较熟悉,而疏于对核弛缓原理之了解,因此本文对此部份做粗浅的介绍,以实例说明核弛缓的观念。 简 介 核磁共振光谱(Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer)基本上和紫外线(Ultraviolet, UV)、红外线(Infrared, IR) 光谱类似,是光谱分析重要的一支,在紫外线光谱和红外线光谱,只要有稳定的光源(source),经过滤光镜,得到样品中分子可吸收的单色光,即有吸收光谱。但是核磁共振则需在磁场 (Zeeman field) 的作用下,具有磁矩的核才能产生能阶分裂(energy splitting),其能差落在无线电磁波范围 (radio frequency,l03~108 Hz,氢核在地磁能阶分裂为 2x103Hz),与较高频率(较短波长)的紫外光谱(electronic transition, 1014 Hz) 和红外线光谱(vibrational transition, l012 Hz) 有下列三点差异: 1. 「核磁共振光谱是使用无线电磁波发生器(radio frequency generator) 所产生之无线电磁波使核激发,此无线电磁波发生器具非常小的频率宽度 ( Du<<谱线宽度),在固定频率,只要小能量即可产生许多光子(Photons),光子多则受激发而导致诱发迁移(stimulated transition) 的机率大于自发的机率,但是在紫外及红外线光谱,使用一般光源(source),其频宽远大于谱线宽度( Du>>line width),必须经单色分光器来选择某一单波长,因此所得的单色光强度弱,此缺点可使用雷射做光源来弥补。 2. 无线电磁波其频宽窄、光子多,若以波的性质来看,依测不准原理(uncertainty principle),DnDy~ h(constant),光子多(Dn 大)则相之间差小(Dy 小),因此产生同相(coherence),在激发状态此种同相的磁矩经过生命期 T2,后,﹒因为自旋-自旋之间能量交换,所以使得公转 (Precession)速度快慢不同,便失去相位关联而导致净磁矩量表褪(此称为去相),依测不准原理可知其激发状态能层误差在大约/ T2,导致核磁共振吸收光谱有...

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