核磁共振MRI的原理及简介

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1、核磁共振NMR是由磁性核受幅射而发生跃迁所形成的吸收光谱。研究最多、应用最广的是1H核的NMR1945年以F.Bloch和E.M.Pucell为首的两个研究小组几乎同时发现了核磁共振(nuclearmagneticresonance)现象.他们二人因此而获得1952年诺贝尔物理奖.今天核磁共振已成为鉴定有机化合物及研究化学动力学等的极为重要的方法.核磁共振能提供四种结构信息:化学位移、偶合常数、核信号强度和驰豫时间。通过这些信息的分析，可以了解特定原子的化学环境、原子个数、邻近基团的种类及分子的空间构型。所

2、以核磁共振在化学、生物学、医学和材料科学等领域的应用日趋广泛。特别是近20年来，随着超导磁体和脉冲傅立叶变换法的普及，NMR的新技术、新方法不断涌现，如二维核磁共振技术、差谱技术及固体核磁共振技术的发展，使核磁共振的分析方法和技术不断完善，应用范围日趋扩大，样品用量大大减小，灵敏度大大提高。NMR也可以作定量分析，但误差较大，不能应用于痕量分析。虽然一小部分核磁共振仪器在工业上被用来做质量控制,但核磁共振仪器现大部分仍局限在实验室使用.应用范围:结构确定StructureDetermination化学鉴定C

3、hemicalIdentification聚合物特性测定PolymerCharacterization药品开发DrugDevelopment催化研究Catalysis用户:化学公司ChemicalCompanies药剂化学PharmaceuticalCompanies石油化工PetrochemicalIndustry高分子材料PolymerIndustry大学Universities医院Hospitals核磁共振研究的材料称为样品.样品可以处于液态,固态.众所周知,宏观物质是由大量的微观原子或由大量原子构成

4、的分子组成,原子又是由质子与中子构成的原子核及核外电子组成.核磁共振研究的对象是原子核.一滴水大约由1022分子组成.HCHHmmm(10-6m)nm(10-9m)A(10-10m)一、核磁共振的基本原理1原子核的自旋与自旋量子数氢原子核的自旋会沿着它的自转轴产生一个微小的磁场，它本身就好象一个小磁铁一样。它有磁矩，此磁矩在空间取向是任意的。核磁共振研究的对象：具有磁矩的原子核。原子核是带正电的粒子。其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自旋运动的原子核才有磁矩。原子核的自旋运

5、动与自旋量子数I有关。I=0的原子核没有自旋运动，I不等于0的原子核有自旋运动。原子核可按I的数值分为以下三类。（1）质量数为奇数的核，如1H，13C，17O，19F，31P等，自旋量子数为“半整数”。（2）质量数为偶数，而电荷数（原子序数）为奇数的核如2H，14N自旋量子数为整数（1，2，3…..）。（3）质量数与电荷数都为偶数的核，如12C，16O等，自旋量子数为零。原子核磁矩μ和自旋角动量P之比为一常数，称为磁旋比，用以表示各种核的特征常数。不同的原子核值不同。2.      原子核的磁矩3.核磁共振

6、的条件拉摩尔进动与核磁共振(a)(b)DE=mHo-(-mHo)=2mHom为核磁矩,两个能级的能量分别为：两式相减：又因为，所以，即，也就是说，当外来射频辐射的频率满足上式时就会引起能级跃迁并产生吸收。原子核间的相互作用分子中的原子并不是孤立存在,它不仅在相互间发生作用也同周围环境发生作用,从而导致相同的原子核却有不同的核磁共振频率.Larmor频率化学位移自旋-自旋偶合e.g.B0=11.7T,w(1H)=500MHzw(13C)=125MHz化学位移~B0»kHz自旋-自旋偶合»Hz-kHz（1）对于

7、不同的原子核，由于磁旋比值不同，发生共振时的条件就不同，如将H固定，则射频频率值不同。（2）对于同一种原子核来说，值一定，共振频率值随外磁场而改变。共振条件式：2mHo=hn，n=2(m/h)×Ho在外磁场中的原子核对射频的吸收称为核磁共振。OscillatorcoilEnergyabsorbedEnergylostmorestablestatelessstablestate处于高能级的质子通过各种途径把能量传递给环境，称为“松弛”过程，在医疗上有重要用途。在一定的的Ho下，要使氢核跃迁，必须使用相应值的射

8、频。如Ho=14092Gs时，要使氢核跃迁，必须使用60MHz的无线电波。H1=υ当氢核在一定磁场强度下吸收了频率匹配的能量而反转其磁矩的取向产生核磁共振现象时记录这种吸收信号，就得到质子磁共振谱(ProtonMagneticResonance,PMR或1HNMR)。由共振条件式n=2(m/h)×Ho看出，固定Ho，改变n，或者固定n，改变Ho，都可使H核发生共振吸收。目前所用的核磁共振仪都是采用后一种方式，称为