自旋动力学第八章核自旋的哈密顿量.ppt
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1、第八章 核自旋的哈密顿量,Nuclear Spin Hamiltonian,核自旋的运动:Schrdinger equation,Hamiltonian(能量),8 Nuclear Spin Hamiltonian,核自旋与外加磁场的相互作用,静磁场,Zeeman作用,射频磁场,操纵自旋,相互作用性质和类别:,相互作用的大小、时间尺度NMR谱,弛豫,能级修正或分裂,本征态混合(能级混合)NMR谱特征,核自旋哈密顿,性质,大小,8 Nuclear Spin Hamiltonian,8.1 Spin Hamiltonian Hypothesis,Interactions:核-外磁场作用(exter
2、nal magnetic field)核-核(nucleus-nucleus)核-电子(nucleus-electron)Full Hamiltonian and operator(完整H算符)包括所有上述粒子间相互作用,positions,velocities,and spin states of all the electrons and nuclei.,Nuclear spin Hamiltonian:,depending on the directions of the nuclear spin polarizations.,the magnetic and electrical in
3、fluences of the rapidly moving electrons:Average,and,Nuclear Spin Hamiltonian,掌握:相互作用性质和类别 能级修正或分裂,本征态混合(能级混合),弛豫,四极相互作用,电磁相互作用,8.2 Electromagnetic Interactions,核与环境的相互作用(The nucleus interacts with its environment):与电场作用(it interacts with electric fields)与磁场作用(it(magnetic moment)interacts with magne
4、tic fields),Anisotropic:electromagnetic Interactions,Orientation dependence of the nuclear energy,Quadrupolar interaction,(I 1/2),(电磁相互作用),电场,磁场,8.2.1 Electric spin Hamiltonian,The electric energy depends on nucleus orientation with respect to the rest of the molecule.,完全电性相互作用核自旋算子?,电性质的自旋Helec,(I
5、1/2),四极核:非球形电荷分布,取向相关,(r),处于电势场(r)中核的电势能:,(r)-核的电荷密度,核中心处的电势,物理意义,点电荷-电势场的作用能量,电偶极矩-电场的作用能量,无偶极矩,但电荷分布不均?,位于电势场中核,张量,。,电场强度的梯度,电四极矩,电四极矩,电四极矩-电场梯度的作用能量,Qxx,Qyy,Qzz,Qxy,Qxz,QyzQyx,Qzx,Qzy,(r),核:中心对称的电荷分布,氢原子的轨道:,核-外电势场的相互作用:,核的电多极子:,外电势场,电场梯度,电场,电势,球形电荷,电偶极,电四极矩,完全静电库伦互作用核自旋算子?,8.2.1 Electric spin Ha
6、miltonian,电场梯度V(2)(核所处的环境)(the gradient of the electric field),The electric energy depends on nucleus orientation with respect to the rest of the molecule.,完全静电库伦互作用核自旋算子?,作用于核处的电场梯度0(核周围电荷分布)非球称性,核:非球对称的电荷分布(核固有),四极相互作用0,两个要素:,核-环境的电性作用,电四极矩(核固有电荷分布),电四极矩:核,zz,核:非球对称的电荷分布(核固有),四极相互作用 与作用于核处的电场梯度密切相
7、关(核周围电荷分布),球或立方对称环境,非球对称电荷环境,电场梯度V(2)=0,电场梯度V(2)0,8.2.2 磁性的自旋相互作用Magnetic spin interactions,8.3.1 Spin interactions:summary,8.3 External and Internal Spin Interactions,8.4 External Magnetic Fields,1.Static magnetic field B0,2.The r.f.coil in the probe generates an r.f.oscillating field,BRF(t)时间变化,3.
8、The magnetic field gradient field:Bgrad(r,t)空间、时间变化,BRF(t),B grad(r,t)B0,Total H:,8.4.2 Radio-frequency field,1 200 kHz,横向,纵向,横向,BRF,共振分量,非共振分量,固体NMR,8.4.3 梯度磁场 Gradient field,Bz(x,y,z),8.4.4 External spin interactions:summary,核自旋与外磁场相互作用,改变共振频率,自旋操控,纵向磁场,横向(交变)磁场,8.5 Internal Spin Hamiltonian,8.5.1
9、 The internal spin interactions,Chemical shift terms:the 间接磁相互作用 of the external magnetic field and the nuclear spins,through the involvement of the electrons:,2.Quadrupolar couplings:electric interactions of spin 1/2 nuclei with the surrounding electric fields,Quadrupolar coupling,Chemical shift,化学
10、位移,内部相互作用,3.Direct dipoledipole couplings:直接磁相互作用 of nuclear spins with each other,dipoledipole,4.J-couplings:间接磁相互作用 of nuclear spins with each other,through the involvement of the electrons,分子内,分子内,间,5.Spinrotation interactions:the interactions of the nuclear spins with magnetic fields generated b
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- 自旋 动力学 第八 哈密顿量
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