（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/三水）原子核是帶正電荷的粒子，許多原子核能繞核軸自旋，形成一定的自旋角動(dòng)量P，這種自旋如同電流流過(guò)線(xiàn)圈能產(chǎn)生磁場(chǎng)一樣，可以產(chǎn)生磁矩。各種不同的原子核，自旋的情況不同，原子核自旋的情況可用自旋量子數I表征。I是核的特征常數，其數值與中子數和質(zhì)子數有關(guān)。
I=0的原子核，其中子數和質(zhì)子數均為偶數，質(zhì)量數也為偶數。核的自旋角動(dòng)量為零，無(wú)自旋現象，如12C6、16O8、32S16等核。凡是自旋量子數I=0的核成為非磁性核，不能用核磁共振法進(jìn)行測定。I≠0的核則稱(chēng)為磁性核。
I=1/2,3/2，5/2，…的原子核，其中子數和質(zhì)子數之中一個(gè)為偶數，另一個(gè)為奇數，質(zhì)量數為奇數，如1H1，15N7，19F9等核，自旋角動(dòng)量不為零，可以產(chǎn)生核自旋現象。
I=1,2，…的原子核，其中子數、質(zhì)子數均為奇數，而質(zhì)量數為偶數，例如2H1，14N7等，自旋角動(dòng)量不為零，是磁性核。
核磁共振研究的對象即為I≠0的原子核。其中I=1/2的原子核，核電荷呈球形均勻分布于核表面，具有良好的核磁共振的譜線(xiàn)，最宜于核磁共振檢測。目前研究和應用最多的是1H1和13C6的核磁共振譜。
對于磁性核在磁場(chǎng)中吸收射頻輻射的現象，可以用兩種模型來(lái)描述：量子力學(xué)模型和經(jīng)典力學(xué)模型。下面以量子力學(xué)模型為例。
依據量子力學(xué)原理，自旋角動(dòng)量是量子化的，其狀態(tài)由核的自旋量子數I所決定，p的絕對值為：
式中，h為普朗克常數。
原子核自旋所產(chǎn)生的自旋角動(dòng)量的大小不能等于任意數值，它由核的自旋量子數I所決定。在一般情況下，自旋磁矩可以任意取向，但當把自旋的原子核放入外加磁場(chǎng)（H0）中，除自旋外，原子核還將繞H0運動(dòng)，由于磁矩和磁場(chǎng)的相互作用，核磁矩的取向是量子化的。核磁距的取向數可用磁量子數m來(lái)表示，m=I、I-1、I-2，……，-（I-1），-I，共有2I+1個(gè)取向，使原來(lái)間并的能級分裂成2I+1個(gè)能級。根據量子力學(xué)選率，只有△m=±1的躍遷才是允許的。
在外加磁場(chǎng)H0中，自旋核繞自旋軸旋轉，而自旋軸與磁場(chǎng)H0又以特定夾角繞H0旋轉，類(lèi)似一個(gè)陀螺在重力場(chǎng)中的運動(dòng)，這樣的運動(dòng)稱(chēng)為拉摩爾進(jìn)動(dòng)（Larmor precession）。進(jìn)動(dòng)頻率由下式計算：
拉摩爾進(jìn)動(dòng)如圖1所示，在外加磁場(chǎng)中，自旋的原子核具有不同的能級，如用一特定頻率ν的電磁波照射樣品，并使ν=ν0，原子核即可以進(jìn)行能級之間的躍遷，產(chǎn)生核磁共振吸收。
圖1 陀螺的進(jìn)動(dòng)與核磁矩的進(jìn)動(dòng)比較
上式是產(chǎn)生核磁共振的條件。因此核磁共振譜可以定義為在磁場(chǎng)中具有自旋磁矩的原子核接受電磁波的射頻的照射，射頻輻射（radio-frequency radiation）的頻率等于原子核在恒定磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)頻率（Lamor frequency）時(shí)產(chǎn)生的共振吸收譜（電磁波譜中“射頻”，簡(jiǎn)寫(xiě)為RF，一般是指頻率約為3kHz-300GHz的輻射）。 |
