現(xiàn)在理解這些原理對你來說還有些困難.需要上大學(xué)以后才能有比較全面的理解.
核磁共振的原理
核磁共振現(xiàn)象來源于原子核的自旋角動量在外加磁場作用下的進動.
根據(jù)量子力學(xué)原理,原子核與電子一樣,也具有自旋角動量,其自旋角動量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定,實驗結(jié)果顯示,不同類型的原子核自旋量子數(shù)也不同：
質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核,自旋量子數(shù)為0
質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核,自旋量子數(shù)為半整數(shù)
質(zhì)量數(shù)為偶數(shù),質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核,自旋量子數(shù)為整數(shù)
迄今為止,只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核,其核磁共振信號才能夠被人們利用,經(jīng)常為人們所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P
由于原子核攜帶電荷,當原子核自旋時,會由自旋產(chǎn)生一個磁矩,這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同,大小與原子核的自旋角動量成正比.將原子核置于外加磁場中,若原子核磁矩與外加磁場方向不同,則原子核磁矩會繞外磁場方向旋轉(zhuǎn),這一現(xiàn)象類似陀螺在旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)動軸的擺動,稱為進動.進動具有能量也具有一定的頻率.
原子核進動的頻率由外加磁場的強度和原子核本身的性質(zhì)決定,也就是說,對于某一特定原子,在一定強度的的外加磁場中,其原子核自旋進動的頻率是固定不變的.
原子核發(fā)生進動的能量與磁場、原子核磁矩、以及磁矩與磁場的夾角相關(guān),根據(jù)量子力學(xué)原理,原子核磁矩與外加磁場之間的夾角并不是連續(xù)分布的,而是由原子核的磁量子數(shù)決定的,原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍,而不能平滑的變化,這樣就形成了一系列的能級.當原子核在外加磁場中接受其他來源的能量輸入后,就會發(fā)生能級躍遷,也就是原子核磁矩與外加磁場的夾角會發(fā)生變化.這種能級躍遷是獲取核磁共振信號的基礎(chǔ).
為了讓原子核自旋的進動發(fā)生能級躍遷,需要為原子核提供躍遷所需要的能量,這一能量通常是通過外加射頻場來提供的.根據(jù)物理學(xué)原理當外加射頻場的頻率與原子核自旋進動的頻率相同的時候,射頻場的能量才能夠有效地被原子核吸收,為能級躍遷提供助力.因此某種特定的原子核,在給定的外加磁場中,只吸收某一特定頻率射頻場提供的能量,這樣就形成了一個核磁共振信號.
紅外光譜（infrared spectra）,以波長或波數(shù)為橫坐標以強度或其他隨波長變化的性質(zhì)為縱坐標所得到的反映紅外射線與物質(zhì)相互作用的譜圖.按紅外射線的波長范圍,可粗略地分為近紅外光譜（波段為0.2.5微米）、中紅外光譜（2.25微米）和遠紅外光譜（25～1000微米）.對物質(zhì)自發(fā)發(fā)射或受激發(fā)射的紅外射線進行分光,可得到紅外發(fā)射光譜,物質(zhì)的紅外發(fā)射光譜主要決定于物質(zhì)的溫度和化學(xué)組成；對被物質(zhì)所吸收的紅外射線進行分光,可得到紅外吸收光譜.每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨有的紅外吸收光譜,它是一種分子光譜.分子的紅外吸收光譜屬于帶狀光譜.原子也有紅外發(fā)射和吸收光譜,但都是線狀光譜.
量子場論或量子電動力學(xué)可以正確地描述和解釋紅外射線（一種電磁輻射）與物質(zhì)的相互作用.若采用半經(jīng)典的理論處理方法,即對組成物質(zhì)的分子和原子作為量子力學(xué)體系來處理,輻射場作為一種經(jīng)典物理中的電磁波并忽略其光子的特征,則分子紅外光譜是由分子不停地作振動和轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的.分子振動是指分子中各原子在平衡位置附近作相對運動,多原子分子可組成多種振動模式.當孤立分子中各原子以同一頻率、同一相位在平衡位置附近作簡諧振動時,這種振動方式稱簡正振動.含N個原子的分子應(yīng)有3N－6個簡正振動方式；如果是線性分子,只有3N－5個簡正振動方式.圖中示出非線性3原子分子僅有的3種簡正振動模式.分子的轉(zhuǎn)動指的是分子繞質(zhì)心進行的運動.分子振動和轉(zhuǎn)動的能量不是連續(xù)的,而是量子化的.當分子由一種振動（或轉(zhuǎn)動）狀態(tài)躍遷至另一種振動（或轉(zhuǎn)動）狀態(tài)時,就要吸收或發(fā)射與其能級差相應(yīng)的光.