共振原理

共振的原理是大部分事物都是由分子组成的，每种分子都有固有频率，当某种能量接近他们的固有频率，他们将更容易释放能量，带来的效果就是振动效果的放大，比如原来应该晃3CM的可能晃30CM。 自然中有许多地方有共振的现象如：乐器的音响共振、太阳系一些类木行星的卫星之间的轨道共振、动物耳中基底膜的共振，电路的共振等。人类也在其技术中利用或者试图避免共振现象。 一般来说一个系统（不管是力学的、声响的还是电子的）有多个共振频率，在这些频率上振动比较容易，在其它频率上振动比较困难，我们常研究低范围的系统频率。 假如引起振动的频率比较复杂的话（比如是一个冲击或者是一个宽频振动）一个系统一般会“挑出”其共振频率随此频率振动，事实上一个系统会将其它频率过滤掉。 振荡强度是振幅的平方。物理学家一般称这个公式为洛伦兹分布，它在许多有关共振的物理系统中出现。也是一个与振荡器的阻尼有关的系数。阻尼高的系统一般来说有比较宽的共振频率带，共振频率带也称为带宽。 扩展资料： 一切的振动其表现形式必然是位移，其背后则必然是能量的流动。共振威力巨大的根本原因在于共振使外界的力量直接作用于分子、原子层次（或者某个其他的特定层次），并不断的吸收能量，使其发生小范围的剧烈位移。 如果外界的频率与固有频率不一致，那么外力的作用对象就是整个物体，但是如果与固有频率一致，那作用对象就直接变成了一个个的分子、原子，共振破坏了粒子之间的团结，使之互相内斗，结果就使整个系统瞬间崩溃。 从钟摆这个宏观的振动系统来看，如果外力的步调和钟摆的固有频率相同（比如总是在钟摆运动到最高点时，给予钟摆一个斜向下的力），那钟摆就会不断的吸收外界的能量。外界能量每一次都会被完全吸收，并且钟摆不向外界输出任何能量，这样钟摆本身所具有的能量就会急剧增加。 如果外力的步调与钟摆不一致，那么上一次吸收的能量，下一次可能就被外力抵消掉，钟摆本身的重力势能也会被外力不时的抵消掉，这就使钟摆本身所具有的能量总是保持在一个波动的水平，并且峰值不会太高，能量在反复的吸收、散失、吸收、散失。 简言之，共振的威力就在于外力以最精准的方式（或者说节奏）作用于物体最微观的层次（或者说特定的层次），使物体在该层次的每个基本单元（比如钟摆、原子、分子）像癌细胞一样不断吸收能量，进而发生剧烈位移，并最终在该层次产生极大的破坏作用。 共振的过程类似于一个强烈的正反馈过程，可以使系统在短时间内剧烈膨胀。 参考资料： 百度百科-共振

核磁共振用NMR(Nuclear Magnetic Resonance)为代号。
1．原子核的自旋
核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况，见表8-1。
I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球体，I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布不均匀的自旋椭圆体。
2．核磁共振现象
原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩(μ)。
式中，P是角动量，γ是磁旋比，它是自旋核的磁矩和角动量之间的比值，
当自旋核处于磁场强度为H0的外磁场中时，除自旋外，还会绕H0运动，这种运动情况与陀螺的运动情况十分相象，称为进动，见图8-1。自旋核进动的角速度ω0与外磁场强度H0成正比，比例常数即为磁旋比γ。式中v0是进动频率。
微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的，自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+1个取向，每一个取向都可以用一个自旋磁量子数m来表示，m与I之间的关系是：
m=I，I-1，I-2…-I
原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态，其能量可以从下式求出：
向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。它们之间的能量差为△E。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。
目前研究得最多的是1H的核磁共振，13C的核磁共振近年也有较大的发展。1H的核磁共振称为质磁共振（Proton Magnetic Resonance），简称PMR，也表示为1H-NMR。13C核磁共振（Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance）简称CMR，也表示为13C-NMR。
3.1H的核磁共振 饱和与弛豫
1H的自旋量子数是I=1/2，所以自旋磁量子数m=±1/2，即氢原子核在外磁场中应有两种取向。见图8-2。1H的两种取向代表了两种不同的能级，
因此1H发生核磁共振的条件是必须使电磁波的辐射频率等于1H的进动频率，即符合下式。
核吸收的辐射能大？
式（8-6）说明，要使v射=v0，可以采用两种方法。一种是固定磁场强度H0，逐渐改变电磁波的辐射频率v射，进行扫描，当v射与H0匹配时，发生核磁共振。另一种方法是固定辐射波的辐射频率v射，然后从低场到高场，逐渐改变磁场强度H0，当H0与v射匹配时，也会发生核磁共振。这种方法称为扫场。一般仪器都采用扫场的方法。
在外磁场的作用下，1H倾向于与外磁场取顺向的排列，所以处于低能态的核数目比处于高能态的核数目多，但由于两个能级之间能差很小，前者比后者只占微弱的优势。1H-NMR的讯号正是依靠这些微弱过剩的低能态核吸收射频电磁波的辐射能跃迁到高能级而产生的。如高能态核无法返回到低能态，那末随着跃迁的不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直至消失，此时处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等，与此同步，PMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。上述这种现象称为饱和。
1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态，这种过程称为弛豫，因此，在正常测试情况下不会出现饱和现象。弛豫的方式有两种，处于高能态的核通过交替磁场将能量转移给周围的分子，即体系往环境释放能量，本身返回低能态，这个过程称为自旋晶格弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋晶格弛豫时间。自旋晶格弛豫降低了磁性核的总体能量，又称为纵向弛豫。两个处在一定距离内，进动频率相同、进动取向不同的核互相作用，交换能量，改变进动方向的过程称为自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋-自旋弛豫时间。自旋-自旋弛豫未降低磁性核的总体能量，又称为横向弛豫。
4.13C的核磁共振 丰度和灵敏度
天然丰富的12C的I为零，没有核磁共振信号。13C的I为1/2，有核磁共振信号。通常说的碳谱就是13C核磁共振谱。由于13C与1H的自旋量子数相同，所以13C的核磁共振原理与1H相同。
将数目相等的碳原子和氢原子放在外磁场强度、温度都相同的同一核磁共振仪中测定，碳的核磁共振信号只有氢的1/6000，这说明不同原子核在同一磁场中被检出的灵敏度差别很大。13C的天然丰度只有12C的1.108％。由于被检灵敏度小，丰度又低，因此检测13C比检测1H在技术上有更多的困难。表8-2是几个自旋量子数为1/2的原子核的天然丰度。
5.核磁共振仪
目前使用的核磁共振仪有连续波（CN）及脉冲傅里叶（PFT）变换两种形式。连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器和放大器、记录仪等组成（见图8-5）。磁铁用来产生磁场，主要有三种：永久磁铁，磁场强度14000G，频率60MHz；电磁铁，磁场强度23500G，频率100MHz；超导磁铁，频率可达200MHz以上，最高可达500～600MHz。频率大的仪器，分辨率好、灵敏度高、图谱简单易于分析。磁铁上备有扫描线圈，用它来保证磁铁产生的磁场均匀，并能在一个较窄的范围内连续精确变化。射频发射器用来产生固定频率的电磁辐射波。检测器和放大器用来检测和放大共振信号。记录仪将共振信号绘制成共振图谱。
70年代中期出现了脉冲傅里叶核磁共振仪，它的出现使13C核磁共振的研究得以迅速开展。
氢 谱
氢的核磁共振谱提供了三类极其有用的信息：化学位移、偶合常数、积分曲线。应用这些信息，可以推测质子在碳胳上的位置。

共振结构是1931年鲍林(L. C. Pauling)创立的一种分子结构理论。当一个分子、离子或自由基的结构不能用路易斯结构式正确地描述时，可以用多个路易斯式表示，这些路易斯式称为共振结构(resonance structure，又称极限式或正则结构)。在共振结构之间用双箭头“←→”联系，以表示它们的共振关系。 意义： 1、共振论的意义：共振论是美国化学家L.PauLing在二十世纪三十年代初提出来的，一种分子结构理论，他认为分子的真实结构是由两种或两种以上的经典价键结构式共振而成的，共振论包括离域键、键长、键能等概念，表示电子离域化的电子式方法一共振。 2、共振式的优点是可以利用电子式对电子离域化系统中的电荷的分配位置等进行定性的，描述应用起来很方便实用性强。