核磁共振工作原理（核磁共振工作原理图）

今天给大家分享一下核磁共振工作原理的知识，同时也讲解一下核磁共振的工作原理图。如果你碰巧解决了你现在面临的问题，别忘了关注这个网站，现在就开始！

核磁共振技术原理

核磁共振(NMR)是一种物理现象，处于静态磁场中的原子核受到另一个交变磁场的作用。总的来说，核磁共振是指利用核磁共振现象获取人体分子结构和内部结构信息的技术。

不是所有的原子核都能产生这种现象。原子核可以产生核磁共振，因为它们有核自旋。核自旋产生磁矩，当核磁矩处于静态外磁场时，产生进动核和能级分裂。在交变磁场的作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从较低能级跃迁到较高能级。这个过程就是核磁共振。

核磁共振技术的历史

20世纪30年代，物理学家伊西多尔·拉比(isidor rabi)发现，磁场中的原子核会沿着磁场的方向以正向或反向的顺序平行排列，施加无线电波后原子核的自旋方向会反转。这是对原子核与磁场和外加射频场相互作用的最早认识。因为这项研究，拉比获得了1944年的诺贝尔物理学奖。

1946年，美国两位科学家Bloch和purcell发现，将原子核为奇数(包括质子和中子)的原子核放在磁场中，施加特定频率的射频场，射频场的能量会被原子核吸收，这就是核磁共振的最初认识。正因为如此，他们两人获得了1950年的诺贝尔物理学奖。

核磁共振现象发现后不久就投入了实际应用。化学家利用分子结构对氢原子周围磁场的影响来开发核磁共振光谱，用于分析分子结构。随着时间的推移，核磁共振技术不断发展。从最初的一维氢谱到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱，核磁共振技术分析分子结构的能力越来越强。进入90年代后，人们甚至依靠核磁共振信息来开发蛋白质分子。

另一方面，医学家发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振，利用核磁共振可以获得水分子在人体内分布的信息，从而准确地绘制出人体的内部结构。在这一理论的基础上，1969年，美国纽约州立大学南方医学中心医学博士达马迪安通过测量核磁共振的弛豫时间，成功地区分了癌细胞和正常组织细胞。受达马迪新技术的启发，纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特珀(Paul Lauterper)于1973年开发了一种基于核磁共振的成像技术(MRI)，并用他的设备成功绘制了一只活蛤蜊的内部结构图像。劳特珀之后，磁共振成像技术越来越成熟，应用越来越广泛。它已成为一种常规的医学检测方法，并广泛用于治疗和诊断脑和脊髓疾病，如帕金森病和多发性硬化，以及癌症。2003年，保罗·劳特珀(Paul Lauterper)和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔德(Peter Mansfield)因对核磁共振成像技术的贡献获得诺贝尔生理学或医学奖。

核磁共振的原理

核磁共振现象来源于原子核在外磁场作用下自旋角动量的进动。

根据量子力学原理，原子核和电子一样，也有自旋角动量，其具体值由原子核的自旋量子数决定。实验结果表明，不同类型原子核的自旋量子数也不同:

质量和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0。

质量和自旋量子数为奇数的原子核是半整数。

质量为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。

到目前为止，人们只能使用自旋量子数等于1/2的原子核。人们经常使用的原子核有:1H、11B、13C、17O、19F和31P。

因为原子核是带电的，当原子核自旋时，就会产生磁矩。磁矩的方向与原子核的方向相同，其大小与原子核的角动量成正比。当把原子核放在外磁场中时，如果原子核的磁矩与外磁场的方向不同，原子核的磁矩就会绕着外磁场的方向旋转，类似于陀螺的转轴在旋转过程中的摆动，称为进动。进动有能量，有一定的频率。

原子核进动的频率是由外部磁场的强度和原子核本身的性质决定的，也就是说，对于特定的原子，在一定的外部磁场强度下，原子核进动的频率是固定的。

核进动的能量与磁场、核磁矩以及磁矩与磁场的夹角有关。根据量子力学原理，核磁矩与外磁场的夹角不是连续分布的，而是由核磁量子数决定的，核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑变化，从而形成一系列能级。当原子核在外磁场中接受其他来源的能量输入时，会发生能级跃迁，即原子核磁矩与外磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获得核磁共振信号的基础。

为了使核自旋进动发生能级跃迁，需要给核提供跃迁所需的能量，这种能量通常由外加射频场提供。根据物理学原理，当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同时，射频场的能量可以被原子核有效吸收，有助于能级跃迁。因此，在给定的外磁场中，特定的原子核只吸收某一频率射频场提供的能量，从而形成核磁共振信号。

核磁共振的应用

核磁共振技术

异丙苯的1H-核磁共振谱

参见核磁共振谱。

核磁共振(NMR)技术是一种应用核磁共振现象来确定分子结构的技术。核磁共振谱在确定有机分子的结构中起着非常重要的作用。核磁共振光谱、紫外光谱、红外光谱、质谱被有机化学家称为“四大著名光谱”。目前，对核磁共振波谱的研究主要集中在1H和13C原子核的波谱上。

对于孤立的原子核来说，同一原子核只对同一外磁场中某一频率的射频场敏感。但由于分子中电子云分布等因素的影响，实际感受到的外磁场强度往往会有一定程度的变化，分子结构中不同位置的原子核感受到的外磁场强度也是不同的。分子中的电子云对外界磁场强度的影响，会使分子中不同位置的原子核对不同频率的射频场敏感，从而导致核磁共振信号的差异，这是通过核磁共振分析分子结构的基础。原子核附近化学键和电子云的分布称为原子核的化学环境，由化学环境的影响引起的核磁共振信号频率位置的变化称为原子核的化学位移。

耦合常数是核磁共振谱提供的除化学位移以外的另一个重要信息。所谓耦合，是指相邻原子核的自旋角动量相互作用，会改变原子核自旋进动在外磁场中的能级分布，导致能级分裂，进而改变核磁共振谱中信号峰的形状。通过分析这些峰形的变化，可以推断出分子结构中原子之间的连接关系。

最后，信号强度是核磁共振波谱中的第三个重要信息。相同化学环境中的原子核在核磁共振谱中将显示相同的信号峰。通过分析信号峰的强度，我们可以知道这些核的数量，从而为分子结构的分析提供重要信息。信号峰强度用信号峰曲线下的面积积分来表征，这对于1H-核磁共振谱特别重要，而对于13C-核磁共振谱不是很重要，因为峰强度与核数的对应关系并不显著。

早期的核磁共振谱主要集中在氢谱上，因为自然界中能够产生核磁共振信号的1H原子极其丰富，产生的核磁共振信号非常强，容易被探测到。随着傅里叶变换技术的发展，核磁共振仪可以在极短的时间内同时发射不同频率的射频场，使样品可以重复扫描，从而将微弱的核磁共振信号与背景噪声区分开来，使人们能够采集到13C核磁共振信号。

近年来，人们发展了二维核磁共振波谱技术，使人们能够获得更多关于分子结构的信息。目前二维核磁共振波谱已经能够分析小分子量蛋白质分子的空结构。

磁共振成像技术

参见磁共振成像。

核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。人体富含水分，不同组织的含水量不同。如果能检测到水的分布信息，就能画出一幅比较完整的人体内部结构图。磁共振成像技术是通过识别水分子中氢原子的信号分布来推断人体内水分子的分布，进而检测人体内部结构的技术。

与用于识别分子结构的核磁共振谱不同，核磁共振成像技术适应的是外部磁场的强度，而不是射频场的频率。磁共振成像仪器会在垂直于主磁场的方向上提供两个相互垂直的梯度磁场，这样人体内的磁场分布会随着空之间位置的变化而变化，每个位置都会有强度和方向不同的磁场，这样位于人体不同部位的氢原子就会对不同的射频场信号产生响应。记录下这个反应，计算一下，就可以得到/[/k0中的水分子。

磁共振成像还可以与X射线断层扫描(CT)结合，为临床诊断和生理医学研究提供重要数据。

磁共振成像(MRI)是一种无创检测技术。与X线透视和放射照相相比，MRI对人体无辐射影响。相比超声检测技术，MRI更清晰，能显示更多细节。与其他影像技术相比，MRI不仅能显示有形的实性病变，还能准确判断脑、心、肝的功能反应。磁共振成像在帕金森病、阿尔茨海默病、癌症等疾病的诊断中起着非常重要的作用。

MRS技术

参见核磁共振检测。

核磁共振探测是核磁共振技术在地质勘探领域的延伸。通过探测某一地层中的水分布信息，可以确定某一地层下是否有地下水，地下水位的高度，含水层的含水量和孔隙度等地层结构信息。

目前，核磁共振探测技术已成为传统钻探探测技术的补充手段，并已应用于滑坡等地质灾害的防治。然而，与传统的钻井勘探相比，核磁共振探测设备的购置、运行和维护成本非常高，严重限制了MRS技术在地质科学中的应用。

磁共振的原理是什么？

核磁共振是目前检测身体的常用方法。通过改变体内的磁力线，可以观察体内器官是否有异常变化，是否发生了某些疾病。

因为不同的位置产生的黑白程度不同，区分各个器官有利于尸体的检测。核磁共振的基本原理涉及物理知识。H1是人体内最丰富的细胞核，所以成像选择也是这个，为检查成功提供了基础。这种物质在人体内磁性最强。

检查时，整个磁场中的粒子排列有序。一般分为两种:低能级和大磁场平行同向，高能级和大磁场平行相反。当磁场恢复后，这些粒子会回到原来的状态。不同的组织因为类型不同，粒子回收率也不同。因为你可以得到不同的组织。

磁共振成像的目的是检测身体各部位是否有异常变化，从而判断是否有肿瘤以及分叉发展的方向和速度。这种检查可以早期发现症状，及时应对，处理疾病。在治疗期间，还可以检测和监督恢复。也是孕妇很好的检查手段。

因为需要改变磁场来观察粒子恢复，所以整个检查过程比较长，大概30分钟左右。这个过程需要医护人员的帮助。在这个过程中，只要按照医护人员的指示就可以了。做完之后，一般需要几个小时，医生会给你结果。从图片上医生可以知道有没有异常，并做出总结。在这个过程中，他只需要静静的等待。普通医院应该建议检测者回家等一至三天。有的医院半天就能出结果。如果发现自己的病情，一定要及时就医，尽快康复。

扩展数据:

磁共振成像中的注意事项

1.如果体内有磁铁，比如心脏起搏器、人工瓣膜、重要器官旁遗留的金属异物，就不能做这个检查。但如果体内有植入体，经外科医生确认为非磁性物体，则可以进行磁共振检查。

2.向技术人员说明以下内容:是否有手术史；是否有任何金属或磁性物质植入体内，包括金属避孕环；是否有假牙，电子耳，假眼。；是否有药物过敏；是否有金属异物溅入体内。

3.不要穿有金属物质的内衣。头颈检查患者应在检查前一天洗头，不使用任何护发产品。

4.检查前需要脱掉除内衣外的所有衣服，穿上磁共振室的检查专用服。取下项链、耳环、手表、戒指等金属制品。从脸上取下化妆品、假牙、假眼、眼镜等物品。

检查前，你要向医生提供所有的病史、检查资料、所有的x光片、CT片和以往的磁共振片。

6.腹部(肝、脾、肾、胰、胆道、输尿管等。考官考前要禁食4小时，考前注射654-2。

7、磁共振尿路造影(MRU)前口服呋塞米20mg。

8、做磁共振检查应做好准备，不要急躁、害怕，要听从医生的指导，耐心配合。

百度百科-磁共振成像

百度百科-磁共振成像

谁知道核磁共振是怎么工作的？

磁共振(MRI)也称为磁共振成像技术。这是继CT之后医学影像的又一大进步。自20世纪80年代应用以来，发展迅速。基本原理是将人体置于特殊的磁场中，通过射频脉冲激发人体内的氢核，使氢核产生共振并吸收能量。氢核在停止射频脉冲后，发出特定频率的无线电信号，并释放吸收的能量，由体外的接收器收集，经电子计算机处理后得到图像，称为核磁共振成像。

核磁共振是一种物理现象。作为一种分析方法，它被广泛应用于物理学、化学生物学等领域。直到1973年才被用于医学临床试验。为了避免与核医学中的放射成像混淆，称之为磁共振成像(MR)。

MR是一种生物磁自旋成像技术，利用核自旋运动的特性，在外磁场中被射频脉冲激发后产生信号，由探测器探测，输入计算机，经处理转换后在屏幕上显示图像。

MR提供的信息不仅大于医学影像中的许多其他成像技术，而且也不同于现有的成像技术。因此，它在疾病诊断方面具有巨大的潜在优势。可直接制作横断面、矢状面、冠状面和各种斜面，在CT检测中无伪影；无需注射造影剂；无电离辐射，对身体无不良影响。MR对常见脑部疾病的检测非常有效，如脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空空腔隙性疾病、脑积水、腰椎间盘突出、原发性肝癌等疾病。

王先生也有一些缺点。它的空分辨率不如CT，所以有心脏起搏器或者一些金属异物的患者无法用MR检查，价格也比较贵。

如何解释磁共振的原理？

磁共振(回旋共振除外)的经典唯象描述是，原子、电子、原子核都有角动量，它们的磁矩与对应角动量的比值称为磁旋比γ。磁矩m受到磁场b中磁矩MBsinθ(θ为m与b的夹角)的作用，使磁矩绕磁场进动。进动的角频率ω=γB，ωo称为拉莫尔频率。

由于阻尼效应，这种进动很快就会衰减，即当m达到与b平行时，进动就会停止。但如果在磁场B的垂直方向(角频率为ω)施加一个高频磁场b(ω)，b(ω)作用产生的力矩会使M离开B，这与阻尼作用相反。

如果高频磁场的角频率等于磁矩进动的拉莫尔(角)频率ω =ωo，则b(ω)的作用最强，磁矩m的进动角(m与b的夹角)也最大。这种现象被称为磁共振。

磁共振也可以用量子力学来描述:恒定磁场B分裂磁自旋系统的基态能级，分裂的能级称为塞曼效应(见塞曼效应)。当自旋量子数S=1/2时，分裂距离为E=gμBB，g为Lund因子，μ为玻尔磁子，E和me为电子电荷和质量。当施加垂直于B的高频磁场b(ω)时，其光量子能量为к ω。

如果等于塞曼能级裂距，ω= gμbb =πγB，即ω=γB(ω= h/2π，h为普朗克常数)，自旋系统会吸收这部分能量，从低能级向高能级(激发态)跃迁，这就是磁塞曼能级之间的共振跃迁。量子描述中的磁共振条件ω=γB与唯象描述中的相同。

当m是顺磁性物体中原子(离子)的磁矩时，这种磁共振就是顺磁共振。当m是铁磁体中的磁化强度(单位体积的磁矩)时，这种磁共振就是铁磁共振。

当M=Mi为铁磁性或反铁磁性中第I个磁性亚晶格的磁化强度时，磁共振为I个耦合磁性亚晶格系统产生的铁磁共振或反铁磁共振。当m是物质中的核磁矩时，就是核磁共振。

这几种磁共振都是由自旋磁矩产生的，可以用经典的唯象自旋磁方程dM/dt=γMBsinθ[对应的矢量方程为dM/dt =γ(M×B)]来描述。

带电粒子在恒定磁场中的共振。设一个电荷为Q，质量为M的带电粒子在速度为V的恒定磁场B中运动，当磁场B垂直于速度V时，带电粒子会受到磁场产生的洛伦兹力，使带电粒子以速度V绕磁场B旋转，旋转的角频率称为回旋角频率。

如果在垂直于B的平面上施加一个高频电场E (ω)(ω是电场的角频率)，ω=ωc，带电粒子会被电场E(ω)周期性加速。因为类似于回旋加速器，所以叫回旋共振。因为它类似于没有高频电场的抗磁性，所以也叫抗磁性共振。

当V垂直于B时，描述这种共振运动的方程为d(mv)/dt=q(vB)。如果用量子力学图像来描述，回旋共振可以看作是高频电场作用下带电粒子在磁场中的运动状态引起的朗道能级之间的跃迁。满足共振跃迁的条件如下:

ω=ωc。

一般在内自旋(磁矩)系统(回旋共振中的载流子系统)与其晶格系统之间，在恒定磁场作用下的各种固体磁共振平衡态与恒定磁场和高频磁场(回旋共振中的高频电场)同时作用下的平衡态之间，都有一个能量转移和重新分配的过程，称为磁共振弛豫过程。

在自旋磁共振的情况下，磁弛豫包括自旋(磁矩)系统中的自旋-自旋(S-S)弛豫和自旋系统与晶格系统之间的自旋-晶格(S-L)弛豫。从一个平衡态到另一个平衡态的弛豫时间称为弛豫时间，它是能量转移率或损失率的量度。

共振线宽代表能级宽度，弛豫时间代表能态寿命。磁共振线宽与磁弛豫过程(时间)密切相关。根据测不准原理，能级宽度与能态寿命的乘积是常数，即共振线宽与弛豫时间(能量转移速度)成反比。因此，磁共振是研究磁弛豫过程和磁损耗机制的重要方法。

核磁共振的应用

一.核磁共振技术

核磁共振(NMR)技术是一种应用核磁共振现象来确定分子结构的技术。核磁共振谱在确定有机分子的结构中起着非常重要的作用。核磁共振光谱、紫外光谱、红外光谱、质谱被有机化学家称为“四大著名光谱”。目前，对核磁共振波谱的研究主要集中在1H和13C原子核的波谱上。

对于孤立的原子核来说，同一原子核只对同一外磁场中某一频率的射频场敏感。但由于分子中电子云分布等因素的影响，分子结构中的原子核感受到的实际外磁场强度往往会有一定程度的变化，分子结构中不同位置的原子核感受到的外磁场强度也是不同的。

这种分子中的电子云对外界磁场强度的影响，会导致分子中不同位置的原子核对不同频率的射频场敏感，从而导致核磁共振信号的差异，这是通过核磁共振分析分子结构的基础。

原子核附近化学键和电子云的分布称为原子核的化学环境，由化学环境的影响引起的核磁共振信号频率位置的变化称为原子核的化学位移。

耦合常数是核磁共振谱提供的除化学位移以外的另一个重要信息。所谓耦合，是指相邻原子核的自旋角动量的相互作用。

核自旋角动量的这种相互作用会改变核自旋进动在外磁场中的能级分布，导致能级分裂，进而改变核磁共振谱中信号峰的形状。通过分析这些峰的变化，可以推断出分子结构中原子之间的连接关系。

第二，核磁共振技术。

核磁共振成像技术是核磁共振在医学领域的应用。

人体富含水分，不同组织的含水量不同。如果能检测到水的分布信息，就能画出一幅比较完整的人体内部结构图。磁共振成像技术是通过识别水分子中氢原子的信号分布来推断人体内水分子的分布，进而检测人体内部结构的技术。

与用于鉴定分子结构的核磁共振谱不同，核磁共振成像改变的是外部磁场的强度，而不是射频场的频率。

磁共振成像仪器会在垂直于主磁场的方向上提供两个相互垂直的梯度磁场，使人体内的磁场分布随着空之间位置的变化而变化，每个位置都会有强度和方向不同的磁场，使位于人体不同部位的氢原子对不同的射频场信号产生响应；

通过记录和计算这个反应，我们可以得到空中水分子分布的信息，进而得到人体内部结构的图像。

磁共振成像还可以与X射线断层扫描(CT)结合，为临床诊断和生理医学研究提供重要数据。

第三，MRS技术。

核磁共振探测是核磁共振技术在地质勘探领域的延伸。通过探测某一地层中的水分布信息，可以确定某一地层下是否有地下水，地下水位的高度，含水层的含水量和孔隙度等地层结构信息。

目前，核磁共振探测技术已成为传统钻探探测技术的补充手段，并已应用于滑坡等地质灾害的防治。然而，与传统的钻井勘探相比，核磁共振探测设备的购置、运行和维护成本非常高，严重限制了MRS技术在地质科学中的应用。

以上内容参考百度百科-磁共振。

核磁共振技术的工作原理

核磁共振的基本原理是原子核有自旋运动。在恒定的磁场中，自旋的原子核会绕着外磁场旋转，这叫做进动。进动有一定的频率，与施加的磁场强度成正比。比如在此基础上加入一个固定频率的电磁波，调节外磁场的强度，使进动频率与电磁波频率相同。此时核进动与电磁波发生共振，称为核磁共振。核磁共振时，原子核吸收电磁波的能量，记录的吸收曲线就是核磁共振-波谱。由于不同分子中原子核的化学环境不同，会有不同的共振频率，产生不同的共振光谱。记录这种光谱可以确定分子中原子的位置和相对数量，可用于定量分析和分子量测定，也可用于有机化合物的结构分析。

什么是磁共振，它是如何工作的？

在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，固体发生共振，吸收某一频率附近的高频电磁场。在恒定的外磁场下，固体被磁化，固体中的基本磁矩围绕外磁场进动。由于阻尼，这种进动迅速衰减。但如果垂直于外磁场施加一个高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体会对上述频率的入射高频电磁场能量产生一个共振吸收峰。如果产生磁共振的磁矩是顺磁性体中的原子(或离子)磁矩，则称为顺磁共振；如果磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。如果磁矩是铁磁体中电子的自旋磁矩，则称为铁磁谐振。核磁矩比电子磁矩小三个数量级左右，所以核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低很多。同样，弱磁性材料的磁共振灵敏度也低于强磁性材料。从量子力学的角度来看，电子和原子核的磁矩在外磁场的作用下，在空之间量子化，并相应地具有离散的能级。当外加高频电磁场的能量量子hv等于能级间距时，电子或原子核从高频电磁场中吸收能量，使其从低能级跃迁到高能级，从而在共振频率处形成吸收峰。

顺磁共振可以研究晶体中缺陷的分子结构和电子结构。核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，还受原子周围化学环境的影响，因此核磁共振成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。磁共振成像技术已经广泛应用于医学检查以及超声和X射线成像技术中。铁磁共振是研究动态过程和测量铁磁体磁性参数的重要方法。

核磁共振的工作原理介绍到此为止。感谢您花时间阅读本网站的内容。别忘了去这个网站搜索更多关于核磁共振的工作原理图和工作原理的信息。

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