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核磁共振的原理
核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。
根据量子力学原理,原子核与电子一样,也具有自旋角动量,其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定,实验结果显示,不同类型的原子核自旋量子数也不同:
质量数和质子数均为偶数的原子核,自旋量子数为0
质量数为奇数的原子核,自旋量子数为半整数
质量数为偶数,质子数为奇数的原子核,自旋量子数为整数
迄今为止,只有自旋量子数等于1/2的原子核,其核磁共振信号才能够被人们利用,经常为人们所利用的原子核有:
1H、11B、13C、17O、19F、31P
由于原子核携带电荷,当原子核自旋时,会由自旋产生一个磁矩,这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同,大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中,若原子核磁矩与外加磁场方向不同,则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转,这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动,称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。
原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定,也就是说,对于某一特定原子,在一定强度的的外加磁场中,其原子核自旋进动的频率是固定不变的。
原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关,根据量子力学原理,原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的,而是由原子核的磁量子数决定的,原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃,而不能平滑的变化,这样就形成了一系列的能级。当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后,就会发生能级跃迁,也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。
为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁,需要为原子核提供跃迁所需要的能量,这一能量通常是通过外加射频场来提供的。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的时候,射频场的能量才能够有效地被原子核吸收,为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核,在给定的外加磁场中,只吸收某一特定频率射频场提供的能量,这样就形成了一个核磁共振信号。
纳米技术是指在纳米尺度(1-100纳米)上研究和制造物质的科学技术,它涉及物理、化学、生物、材料等多个领域,具有广泛的应用前景。具体来说,纳米技术有以下一些用处:
1、纳米材料:利用纳米尺度的特殊性能,制造出具有新颖功能的材料,例如超强、超轻、超导、超疏水、超亲水、自清洁、自修复等。这些材料可以用于建筑、航空、汽车、电子、医疗等领域。
2、纳米动力学:利用纳米尺度的微机械和微电机,制造出微型传感器和执行器,可以用于光纤通信、特种电子设备、医疗和诊断仪器等领域。
3、纳米生物学:利用纳米尺度的生物分子和细胞结构,研究生命现象和机理,开发新型的生物医药和生物计算机,可以用于疾病诊断、治疗、预防和健康管理等领域。
4、纳米电子学:利用纳米尺度的量子效应和电子性质,制造出新型的纳米电子器件和系统,可以用于计算、存储、显示和加密等领域。
以上就是一些关于纳米技术的用处,希望对你有帮助。
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