自旋動力學(xué)-第一章

1、核自旋的操控，演化，弛豫核磁共振成像技術(shù)核磁共振成像技術(shù)（MRI）2003, Lauterbur (化學(xué)家化學(xué)家) & Mansfield (物理學(xué)家物理學(xué)家) NMR方法與蛋白結(jié)構(gòu)測定技術(shù)方法與蛋白結(jié)構(gòu)測定技術(shù)1991, Ernst （Fourier變換，二維變換，二維NMR）2002, Wthrich等等NMR的發(fā)現(xiàn)與實現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)與實現(xiàn)1944, Rabi (氣體，氣體， 分子束）分子束）1952, Purcell & Bloch （凝聚態(tài)物質(zhì)）（凝聚態(tài)物質(zhì)）物理學(xué)獎物理學(xué)獎化學(xué)獎化學(xué)獎生理醫(yī)學(xué)獎生理醫(yī)學(xué)獎五次諾貝爾獎，三個里程碑五次諾貝爾獎，三個里程碑核心核心 方法技術(shù)創(chuàng)新

2、方法技術(shù)創(chuàng)新1930s Rabi Molecular Beam （分子束）（分子束）OVENSlitSlitDetectorFrequency GeneratorRabi分子束分子束實驗實驗-測測定旋磁比定旋磁比 Rabi molecular beam experiment to measure zThe coil：產(chǎn)生x方向射頻（RF）磁場 (going into the board).B0 （靜磁場）ww000Bw共振條件：When the frequency reaches resonance, particles no longer reach the detector.0zB正向梯度

3、0zB反向Bz 0(Feynman Lectures on Physics) 1946 Bloch, Hansen, Pachard (Stanford Univ.) (液體液體H2O) Purcell, Torrey, Pound (Harvard Univ.) (固體：固體：Paraffin Wax)1 kg1949-1951 Chemical Shift J-Coupling ：結(jié)構(gòu)解析結(jié)構(gòu)解析1953 First Commercial H.R. Proton NMR Spectrometer （ 3-5百萬百萬）Chemists got the point very quickly,

4、thanked the physicists, and took over. Martin Packard1H 譜1960s Double Resonance PFT-NMR (Cooley and Tukey) 脈沖Fourier NMR，雙共振1975- 2D NMR H.R. NMR in Solid High field NMR 1985- Biological NMRSpin ImagingNMR信號相對其它檢測方式靈敏度低信號相對其它檢測方式靈敏度低 液體液體NMR實驗：實驗： g-mg 現(xiàn)代現(xiàn)代 固體固體NMR實驗：實驗：10mg 第一次第一次 固體固體1H NMR （1945,

5、 Purcell): 1kg 石蠟石蠟 (CW NMR)NMR應(yīng)用從物理到應(yīng)用從物理到化學(xué)化學(xué)FT NMR靈敏度已經(jīng)靈敏度已經(jīng) 104倍提高倍提高!TechniqueAuthorEnhancementFT NMRErnst and Anderson10-102Bo (60600 MHz)Oxford, Bruker 32CryoprobesPeter Styles2-4M0NMR面面臨臨的挑的挑戰(zhàn)戰(zhàn)NMR面臨的挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)仍然是提高靈敏度仍然是提高靈敏度應(yīng)用從化學(xué)走向應(yīng)用從化學(xué)走向生物和醫(yī)學(xué)生物和醫(yī)學(xué)，簡單到復(fù)雜體系，簡單到復(fù)雜體系生物、醫(yī)學(xué)樣品：復(fù)雜，量少，穩(wěn)定性生物、醫(yī)學(xué)樣品：復(fù)雜，量少

6、，穩(wěn)定性1H(H2O) image 分子影像分子影像13C，15N，31PX樣品量多（NMR）、空間分辨低（MRI)6001000 MHz14.1 T23.5 T, 靈敏度提高靈敏度提高2 倍倍! （ （20年）年）NMR面臨的挑戰(zhàn)面臨的挑戰(zhàn)時間分辨率時間分辨率NMR譜/MRI時間分辨: ms腦功能3. The Principles of Nuclear Magnetism A. Abragam, Carendon Press, 19614. Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions R.R. Erns

7、t, G. Bodenhausen, A.Wokaun, Clarendon Press, 19922. Principles of Nuclear Magnetic Resonance C. P. Slichter, 19931. Spin Choreography: Basic Steps in High Resolution NMR Ray Freeman7. 核磁共振波譜 裘祖文，裴奉奎 19898. 核磁共振原理與實驗方法 高漢賓 張振芳， 20086. LECTURE COURSE: NMR SPECTROSCOPY ？5. Understanding NMR Spectrosco

8、py James Keeler, 2002參考書Electronic MagnetismClassical angular momentumElectronic MagnetismCharater 1經(jīng)典角動量Classical angular momentumSpinAngular momentum (electron) 軌軌道角道角動動量量 （ （Orbital angular momentum） L rVmP(linear momentum)wILS自旋角動量Spin angular momentum （I: 轉(zhuǎn)動慣量 ）Magnetic moment （磁矩）22wer=ISnnr2T

9、enorbitLLmeorbit2memeg2？SLS-eExperiment: g=2SL電子圓周運動：軌道磁矩-軌道角動量電子自旋運動：自旋磁矩-自旋角動量 磁旋比（磁旋比（magnetogyric ratio） 旋磁比（旋磁比（gyromagnetic ratio）L磁矩角動量角動量L電子 0).1/TUnpaired electron-Curie law1/(T-Tc) Curie-Weiss law:independent of T ( Metal)T= 0 K2/31)(SS抗磁diamagnetic ( 0, independent of T)paired electrons-021electron orbital currents induced by B0pure water = 9.05 106.鐵鐵磁磁ferromagneti