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做核磁共振要注意什么？这7个问题，不妨事先了解一下

来源：科学10分钟时间：2022-01-11 19:31:04 浏览：3792次

生活中我们接触到的最多的是医院里的核磁共振设备，当提及到我们的材料要做核磁共振的时候，相信很多同学都有些陌生。不必惊讶，医院使用的是核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI），属于核磁共振的一个分支，而我们常见的材料表征的核磁共振是指Nuclear magnetic resonance，简称NMR。核磁共振广泛应用于物理学、化学、生物、药学、材料学等学科，可对材料的成分、结构进行定性和定量分析。另外，核磁共振没有放射性，所以对人体无害，是非常安全的。

1. 什么是核磁共振？

核磁共振简言之就是利用磁场和电磁频率来研究物质的分子。在高磁场中，样品被插入磁体中心磁场最强、磁体最均匀的位置，放入核磁探头上。核磁探头由线圈组成，用来激发样本，记录射频响应信号。原子核表现的像磁场中极小的磁体，它们像陀螺一样围绕主磁场旋转，这种移动叫做进动。进动频率与磁场呈正比，通过改变分子中电子密度，引入了额外的局部场差异，电子密度越高，屏蔽效果越好，从而降低局域场和自旋频率。在核磁共振中，激发的核自旋频率可以从它们在线圈引起的电流测量，测量得到的时域信号再进行傅里叶变换而得到化学位移。

2. 核磁是怎么工作的呢？

物质的原子核在磁体里会产生磁矩，在一个非常强的磁场中它们会逐渐自旋对齐，但当施加射频脉冲的时候，自旋对齐的状态将会被破坏，射频脉冲施加结束后它们又会重新对齐，此时共振开始，共振的原始数据会呈现出衰减的波普形态，而进行傅里叶变换后就得到了物质的化学位移。

3. 元素周期表中所有元素都可以测出核磁共振谱吗？

不是。被测的原子核的自旋量子数不为0，自旋量子数最好为1/2，且有较高的自然丰度。自然丰度低，灵敏度太低，峰信号较弱。自旋量子数大于1的原子核有电四极矩，峰型较为复杂。

表1 NMR常用同位素核有关物理参数

4. 为什么原子核在磁场中是极小的磁体可以转动？

由于原子核是带正电荷的，而带电体的转动必定会产生磁矩，因此每一自旋不为零的原子核本质上可以看成是一个微观磁矩，这就是原子核磁性的起源。

5. 为什么会产生信号？

核磁共振信号的产生现在普遍认为是由于核磁吸收和核磁感应。能量吸收的观点认为，在磁场中，自旋能级发生裂分，此时如果有电磁波施加在自旋系统上，当其频率与该能级间隔相匹配，就会诱发磁共振吸收。而磁感应则是认为当磁场强度绕磁场旋进时，线圈中的磁通量发生周期性的变化，而线圈中则可以记录到振荡频率的交变电流。

6. 常用的核磁实验有哪些呢？

核磁中最常见的是单脉冲一维¹H谱实验，一维¹³C谱实验。当然还可以利用核磁去检测物质的纵向弛豫时间（T₁）和横向弛豫时间（T₂）。而对于较为复杂的高分子多糖、多肽、蛋白质和酶等，常借助二维实验COSY、TOCSY、NOESY、HSQC、HMBC等谱图反应复杂的结构关系。

表2 常见二维核磁的功能

7.为什么得到的一维核磁谱图上会出现峰的分裂？

这是由于多重态造成的。因为核自旋就像磁体，它们也影响它们的邻居，其中一种方法是通过化学键中的共用电子（J耦合），每个自旋可以有两种状态，平行或反平行于磁场，例如两个亚甲基的自旋状态不同可以组成三种能级不同的状态，而在核磁图谱中这样的甲基信号将会一分为三体现出来，这就是多重态。类似的，三个甲基氢自旋将亚甲基裂分为四个峰，而我们可以通过观测分裂的峰就识别分子结构。

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