摘要
1946年，哈佛大学珀赛尔(E.M.Purcell)用吸收发首次观测到石蜡中质子的核磁共振（NMR），几乎同时美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)用感应法发现液态水的核磁共振现象。为此，他们分享拉1952年的诺贝尔物理学奖金。核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深入物质内部而不破坏样品，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科，在科研和生产中发挥了巨大作用。早期的核磁共振主要采取连续波技术，灵敏度较低，研究的对象是自然丰度高，旋磁比较大的原子核，这就限制拉核磁共振的应用范围。1966年发展起来的脉冲傅立叶变换核磁共振技术，使信号采集由频域变为时域，大大提高拉检测灵敏度，使研究底自然丰度的核成为现实。同时这种方法可以利用不同的脉冲组合来得到所需要的分子信息。1971年，琴纳（E。JEENER）提出拉具有两个独立时间变量的二维核磁共振概念。随后，1971年，恩斯特（R。ERNST）等首次成功实现拉二维核磁共振实验，从此核磁共振技术进入拉一个新时代。
关键词
核磁共振，核自旋，核磁距
引言
核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深入物质内部而不破坏样品，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科，在科研和生产中发挥了巨大作用。本实验的目的是观察核磁共振稳态吸收现象，掌握核磁共振的实验基本原理和方法。
正文
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磁共振的基本原理
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核自旋
原子核具有自旋，其自旋角动量为：
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其中I是核自旋量子数，其值为半整数或整数，当质子数和质量数均为偶数时，I=0，当质量数为偶数而质子数为奇数时，I=0，1，2，…，当质量数为奇数时，I=n/2（n=1，3，5…）。
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核磁距
原子核带有电荷，因而具有自旋磁距，其大小为：
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式中g为核的朗德因子，对质子，g=5.586，
为原子核质量，
为核磁子，
，令
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显然有
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称为核的磁旋比。
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核磁距在外磁场中的能量
核自旋磁距在外磁场中会进动，进动的角频率：
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为外恒定磁场。核自旋在角动量
的空间趋取向是量子化的。设z轴沿方向，在z方向分量只能取
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(8)
则核磁距所具有的势能为
(9)
对于氢核
，I=1/2，m=
1/2,E=
1/2
(10)
正比于，由于约等于电子质量的1/1840，故在同样的外磁场中，核磁能级裂距约为电子自旋能级裂距的1/1840，这表明核磁共振信号比电子自旋共振信号弱的多，观测起来更困难。
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核磁共振
实现核磁共振，必须有一个恒定的外磁场及一个与和总磁距m所组成的平面相垂直的旋转磁场
，当的角频率等于
时，旋转磁场的能量为
，则核吸收此旋转的能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振，此时应满足
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为普朗克常数。
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研究核磁共振的方法
研究核磁共振的基本方法有两种：一是连续波或称稳态方法，是用连续的射频场作用到核系统上，观察到核对频率的的响应信号。另一种是用脉冲法，用射频脉冲作用到核系统上，观察到核对时间的响应信号。脉冲法有较高的灵敏度，测量速度快，但需要进行快速傅立叶变换，技术要求比较高，以观察信号区分，可分观察色散信号或信号，但一般观察吸收信号，因为比较容易分析理解，从信号的检测来分，可分为感应法，平衡法和吸收法。测量共振时，核磁距吸收射频场能量而在附近线圈中感应到的信号，称为感应法；测量由于共振使电桥失去平衡而输出的电压即为平衡法；直接测量由于共振信使射频震荡线圈中负载发生变化的方法称为吸收法，本实验主要采用连续波吸收法来观察核磁共振现象。先列举些其他重要方法。
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吸收法
优点是比较简单，样品不易饱和，缺点是振荡频率的稳定性较差，噪音电平较高。一般只用于宽谱的波谱仪与测场仪。
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平衡法
优点是频率稳定好，噪音低，缺点是频率调谐范围不够宽。常用于灵敏度和分辨力高的波谱仪。
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傅里叶(Fourier)变换
可以看出转换比较麻烦，技术含量较高。
傅立叶变化是通过计算机进行的，单次脉冲方式与连续波方式的信号强度和信噪比近似相同，但速度较快。脉冲核磁共振谱可以通过施加一系列的脉冲，累加多次重复FID信号，再进行傅立叶变换，以提高信噪比。由于脉冲法的特点，它可以检测瞬时或长寿命的核，可以有选择性地增强灵敏度。
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核磁共振新技术
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二维核磁共振及多维核磁和共振二维核磁共振的脉冲序列：
二维核磁共振使NMR技术产生了一次革命性的变化，它将挤在一维谱中的谱线在二维空间展开（二维谱）,从而较清晰地提供了更多的信息。
二维谱示意图：
2D在研究更大分子体系时，谱线也出现了严重的重叠，为了解决这一问题，人们将2D推广到3D甚至多维。
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核磁共振的应用
作为测定原子的核磁距和研究核结构的直接而又准确的方法，核磁共振是物理学，化学，生物学的研究中的一种重要而强大的实验手段，也是许多应用科学，如医学，遗传学，计量科学，石油分析等学科的重要研究工具。以下是核磁共振的一些基本应用：
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子结构的测定
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化学位移各向异性的研究
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金属离子同位素的应用
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动力学核磁研究
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质子密度成像
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T1T2成像
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化学位移成像
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其它核的成像
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指定部位的高分辨成像
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元素的定量分析
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有机化合物的结构解析
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表面化学
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有机化合物中异构体的区分和确定
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大分子化学结构的分析
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生物膜和脂质的多形性研究
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压力作用下血红蛋白质结构的变化
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生物体中水的研究
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生命组织研究中的应用
可以看出核磁共振在我们的当代生活中的作用越来越大，但是，在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不高，作为新世纪的接班人，我们更应该为拉核磁共振的应用做出更大的努力，使其为人类服务。由于核磁共振的重要性，从核磁共振的发现到如今，共有12位因对核磁共振做出重要贡献而获得诺贝尔奖的科学家：
1944年 I.Rabi,1952年 F.Block,1952年 E.M.Purcell,1955年 W.E.Lamb,1955年
P.Kusch,1964年 C.H.Townes,1966年 A.Kastler,1977年
J.H.Van Vleck,1981年 N.Bloembergen,1983年
H.Taube,1989年 N.F.Ramsey,1991年 R.R.Ernst。
在核磁共振这个领域里有着更伟大的现象等着我们去发现，等待着我们去发展。
参考文献
(1)霍剑青等. 大学物理实验第三册 北京：高等教育出版社，2001.121
(2)北京大学物理系 电磁学 北京：科学出版社 1978
(3)网上一些参考资料
