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第一章 导言1

第二章 核自旋系统的动力学9

2.1 运动方程9

2.1.1 密度算符9

2.1.1.1 密度算符方程12

2.1.1.2 期望值13

2.1.1.3 Schr?dinger表象和Heisenberg表象14

2.1.1.4 约化自旋密度算符15

2.1.2 主导方程的具体矩阵表示16

2.1.3 Liouville算符空间18

2.1.4 超算符20

2.1.4.1 互易子超算符21

2.1.4.2 幺正变换超算符21

2.1.4.3 投影超算符22

2.1.4.4 超算符的一般表示24

2.1.4.5 超算符的矩阵表示24

2.1.4.6 超算符的本征值和本征算符26

2.1.4.7 超算符代数26

2.1.5.1 自旋I＝1／2系统27

2.1.5 Cartesian自旋积算符27

2.1.5.2 含有自旋S＞1／2的系统32

2.1.6 涉及升降算符的积算符35

2.1.7 极化算符36

2.1.8 Cartesian单跃迁算符38

2.1.9 单跃迁升降算符41

2.1.10 不可约张量算符44

2.1.11 相干转移47

2.2 核自旋Hamiltonian48

2.2.1.1 自旋算符中的线性相互作用49

2.2.1 核自旋相互作用49

2.2.1.2 自旋算符中的双线性相互作用51

2.2.1.3 自旋算符中含有二次项的相互作用53

2.3 弛豫超算符54

2.3.1 半经典的弛豫理论56

2.3.1.1 只限于久期项贡献58

2.3.1.2 极窄条件58

2.3.2 弛豫超算符的矩阵表示59

2.3.3 弛豫机制各论62

2.3.3.1 一阶弛豫机制62

2.4 化学反应诱导的自旋动力学63

2.3.3.2 二阶弛豫机制63

2.4.1 经典动力学中对反应网络的描述64

2.4.2 无自旋-自旋耦合的系统中的交换68

2.4.2.1 一级反应的修正Bloch方程68

2.4.2.2 无自旋-自旋耦合的自旋系统中的高阶反应70

2.4.3 有自旋-自旋耦合时交换系统的密度算符描述72

2.4.4 一级反应的密度算符方程和交换超算符76

第三章 核自旋Hamiltonian的加工处理78

3.1 加工处理所需的工具78

3.2 平均Hamiltonian理论80

3.2.1 ?的精确计算81

3.2.2 传播子的迭代展开82

3.2.3 对含时微扰的平均化处理84

3.2.4 内部Hamiltonian的裁截89

3.2.5 Floquet理论91

3.3 由非周期微扰引起的平均Hamiltonian93

3.3.1 平均Hamiltonian的一般条件94

3.3.2 自旋回波实验中的平均Hamiltonian96

3.3.3 消除无关紧要的项99

第四章 一维Fourier谱学103

4.1 响应理论104

4.1.1 线性响应理论105

4.1.2 时域和频域109

4.1.3 线性数据处理112

4.1.3.1 变迹法114

4.1.3.2 提高分辨率120

4.1.4 非线性响应理论123

4.1.5 量子力学响应理论125

4.1.6 随机响应理论126

4.2 Fourier波谱学的经典描述130

4.2.1 旋转坐标系中的Bloch方程131

4.2.2 理想的脉冲实验133

4.2.3 有限脉冲幅度引起的偏共振效应134

4.2.4 脉冲重复实验中的纵向干扰效应139

4.2.5 脉冲重复实验中的横向干扰效应140

4.2.6 横向干扰所导致的相位和强度畸变的补救146

4.2.6.1 用磁场梯度脉冲淬灭横向磁化强度146

4.2.6.2 用无规脉冲间隔搅乱横向干扰148

4.2.6.3 四重Fourier谱148

4.2.7 非理想脉冲所导致的畸变的补救：组合脉冲149

4.2.6.5 相位交替变化的脉冲序列149

4.2.6.4 四相Fourier谱149

4.2.7.1 π／2脉冲作用后的最小残余Mz分量152

4.2.7.2 π／2脉冲作用后横向磁化强度的最小散相154

4.2.7.3 准确的反转：通过计算轨迹优化脉冲序列154

4.2.7.4 递次展开方法157

4.2.7.5 准确的重聚161

4.2.7.6 组合z脉冲163

4.2.7.7 循环组合脉冲163

4.3 Fourier谱的灵敏度166

4.3.1 Fourier谱的信噪比167

4.3.1.1 信号167

4.3.1.2 噪声168

4.3.1.3 灵敏度169

4.3.1.4 权函数的优化170

4.3.1.5 信号能量的优化171

4.3.2 慢通过谱的信噪比174

4.3.3 Fourier实验与慢通过实验的灵敏度比较175

4.3.4 用磁化强度的再循环增强灵敏度177

4.4.1 适用于Fourier波谱学的密度算符方法178

4.4 Fourier波谱学的量子力学描述178

4.4.2 慢通过谱与Fourier谱的等价性182

4.4.2.1 Fourier谱182

4.4.2.2 慢通过谱183

4.4.2.3 Fourier谱与慢通过谱的比较184

4.4.3 非平衡系统的Fourier谱185

4.4.4 选择性与半选择性脉冲192

4.4.5 密度算符中各项的辨别194

4.4.6.1 中央有重聚脉冲的间隔198

4.4.6 复合旋转198

4.4.6.2 含有横向分量的双线性旋转200

4.4.6.3 无“夹心饼干式对称”的序列200

4.4.6.4 相位循环201

4.4.6.5 相移及射频转角202

4.4.6.6 异核系统202

4.5 异核极化转移203

4.5.1 自旋序的转移204

4.5.2 通过核Overhauser效应进行极化转移207

4.5.3 旋转坐标系中的交叉极化208

4.5.4 绝热极化转移215

4.5.5 用射频脉冲进行极化转移216

4.5.6 基于极化转移的谱编辑措施222

4.6 动态过程：弛豫和化学交换的研究225

4.6.1 纵向弛豫227

4.6.1.1 反转恢复法227

4.6.1.2 饱和恢复法230

4.6.1.3 逐步饱和法230

4.6.1.4 选择性的扰动230

4.6.2 横向弛豫232

4.6.3 化学反应与交换过程235

4.6.3.1 单向一级反应237

4.6.3.2 双向一级反应240

4.6.3.3 耦合自旋系统中的暂态化学反应242

4.6.3.4 化学非平衡态的实验制备246

4.7 Fourier双共振247

4.7.1 Fourier双共振的理论方法248

4.7.1.1 检测期间的双共振辐照249

4.7.1.2 连续Fourier双共振253

4.7.2 I＝1／2耦合二自旋的Fourier双共振253

4.7.2.1 强耦合253

4.7.2.2 弱耦合254

4.7.3 自旋轻挠258

4.7.4 用平均Hamiltonian理论处理自旋去耦261

4.7.4.1 异核自旋去耦261

4.7.4.2 偏共振去耦263

4.7.5 分时制去耦265

4.7.6 异核相互作用的宽带去耦和缩窄效应266

4.7.6.1 多脉冲去耦技术267

4.7.6.2 异核耦合的缩窄268

4.7.7 去耦假象269

第五章 多量子跃迁272

5.1 跃迁数274

5.2 用连续波NMR方法检测多量子跃迁277

5.2.1 多量子跃迁的强度279

5.2.2 多量子跃迁的饱和282

5.2.3 多量子跃迁的能级移动283

5.2.4 多量子跃迁的线宽284

5.2.5 CW多量子NMR的应用285

5.3 时域多量子谱学286

5.3.1 多量子相干的激发和检测287

5.3.1.1 非选择性脉冲289

5.3.1.3 选择性多量子脉冲292

5.3.1.2 选择性单量子脉冲292

5.3.1.4 自旋连接类型的选择性激发293

5.3.1.5 特定相干阶效的选择性激发295

5.3.2 多量子频率对偏置的依赖性及阶数的分离297

5.3.3 多量子谱的结构301

5.3.4 多量子双共振305

5.4 多量子相干的弛豫305

5.4.1 相关的外部无规场306

5.4.2 四极弛豫308

5.4.3 多量子弛豫速率的测量和磁场不均匀度的影响310

第六章 二维Fourier波谱学315

6.1 基本原理315

6.2 二维波谱学的规范理论319

6.2.1 详尽的矩阵表示321

6.2.2 密度算符在单跃迁算符中的展开323

6.3 相干转移路径325

6.3.1 路径的选择326

6.3.2 多重转移331

6.4 二维Fourxer变换335

6.4.1.1 矢量表述336

6.4.1 复数二维Fourier变换的性质336

6.4.1.2 相似性定理337

6.4.1.3 卷积定理338

6.4.1.4 能量谱定理338

6.4.1.5 截面投影定理339

6.4.1.6 二维中的Kramers-Kronig关系340

6.4.2 超复数二维Fourier变换341

6.5 二维谱的峰形343

6.5.1 基本峰形345

6.5.2 非均匀增宽及具有混合相位的邻近峰的干扰347

6.5.3 获取二维纯吸收峰的技术351

6.5.3.1 t1的实Fourier变换352

6.5.3.2 互补实验中的时间反转358

6.5.3.3 正交的二实验的结合359

6.5.4 绝对值谱361

6.5.5 二维潜的投影363

6.5.6 二维滤波365

6.5.6.1 匹配的滤波367

6.5.6.2 Lorentz-Gauss变换367

6.5.6.3 赝回波变换368

6.6 二维谱的加工处理372

6.6.1 剪切变换373

6.6.2 延迟采样375

6.6.3 与时间成比例的相位增量方法376

6.6.4 对称化处理378

6.6.5 谱型识别382

6.6.6 单频道检测383

6.7 算符项和二维谱中的多重峰结构383

6.8 二维谱的灵敏度386

6.8.1 信号包迹387

6.8.2 热噪声和t1噪声389

6.8.3 灵敏度391

6.8.4 一维和二维实验灵敏度的比较392

6.8.5 二维实验的优化393

6.8.5.1 ω1域的低分辨率393

6.8.5.2 ω1域的高分辨率394

6.8.5.3 若干实用的建议395

第七章 用二维技术分离各种相互作用397

7.1 基本原理397

7.2 在各向同性物理相中化学位移和标量耦合的分离399

7.2.1 同核系统399

7.2.2 异核系统的二维分离405

7.2.2.1 分离S自旋多重峰和S自旋化学位移407

7.2.2.2 对二维谱进行剪切以便从ω1域中消除化学位移408

7.2.2.3 用重聚和门控去耦实行S自旋多重峰与S自旋化学位移的分离408

7.2.2.4 用重聚和I自旋反转实现S自旋多重峰对S自旋化学位移的分离410

7.2.2.5 与所选择的I自旋相耦合所引起的S自旋多重峰对S自旋化学位移的分离410

7.2.2.6 长程IS耦合对S自旋化学位移的分离410

7.2.2.7 单键IS耦合对S自旋化学位移的分离413

7.2.2.8 假信号413

7.2.2.9 二维纯吸收413

7.2.3 重聚实验中的强耦合效应415

7.2.4 非共振核产生的回波调制423

7.3 在取向物理相中化学位移和偶极耦合的分离424

7.3.1 同核局部场分离谱424

7.3.2 异核局部场分离谱425

7.3.3 静态粉末中化学屏蔽与偶极耦合张量的相关430

7.3.3.1 粉末谱的全拟合431

7.3.3.2 脊图431

7.3.4 魔角旋转条件下?IS与?ZS的分离433

7.4 各向同性和各向异性化学位移的分离438

7.4.2 按比例缩窄的同步采样439

7.4.1 同步旋转脉冲439

7.4.3 变角旋转440

7.4.4 魔角跳动441

第八章 以相干转移为基础的二维相关方法442

8.1 二维相关谱中的相干转移:幅度和选择定则443

8.2 同核二维相关谱448

8.2.1 弱耦合二自旋系统448

8.2.2 在复杂谱中的应用454

8.2.3 弱耦合系统中的连接情况和多重结构效应456

8.2.4 二维相关谱中的强耦合466

8.2.5 磁性等价469

8.3 几种改进的二维相关实验471

8.3.1 延迟采样：自旋回波相关谱472

8.3.2 恒时相关谱：ω1去耦474

8.3.3 滤波和谱编辑477

8.3.3.1 多量子滤波478

8.3.3.2 p自旋滤波482

8.3.3.3 根据耦合网络连接类型的滤波484

8.3.4 接力相干转移484

8.3.5 全相关谱中借助于平均Hamiltonian的相干转移490

8.4 同核二维多量子谱495

8.4.1 多量子相干的激发和检测496

8.4.2 二自旋系统的双量子谱498

8.4.3 各向同性物理相中标量耦合网络的多量子谱503

8.4.4 各向异性物理相中偶极耦合核的多量子谱511

8.4.5 各向异性物理相中S＝1的四极核的双量子谱513

8.5 异核相干转移515

8.5.1 灵敏度考虑516

8.5.2 相干转移路径518

8.5.3 各向同性物理相中异核二维相关谱519

8.5.3.2 宽带去耦522

8.5.3.1 同相位磁化强度转移522

8.5.3.3 用重聚脉冲去耦523

8.5.3.4 双线性旋转去耦525

8.5.3.5 异核相关谱的编辑526

8.5.4 接力异核相关谱527

8.5.5 涉及双重转移的异核相关实验531

8.5.6 固体中的异核相关534

第九章 用二维交换谱研究动态过程539

9.1 一维和二维方法中的极化转移539

9.2 相干转移路径的选择543

9.3 没有可分辨耦合的系统中的交叉弛豫和交换546

9.3.1 慢交换549

9.3.2 二位系统549

9.3.3 多位交换551

9.4 耦合自旋系统中的二维交换谱552

9.4.1 密度算符处理方法553

9.4.2 零量子干扰554

9.4.3 纵向标量或偶极序557

9.4.4 抑制J交叉峰559

9.5 二维交换差谱560

9.6 用“手风琴谱”确定速率常数563

9.7 交叉弛豫和核Overhauser效应569

9.7.1 分子内交叉弛豫570

9.7.2 二自旋系统中分子间的交叉弛豫572

9.7.3 等价自旋系统中分子内部的交叉弛豫575

9.7.4 分子间交叉弛豫576

9.7.5 慢运动限度内的交叉弛豫：在大分子中的应用577

9.8 化学交换582

9.9 多能级自旋系统中纵向弛豫的间接检测586

9.10 固体中的动态过程589

第十章 核磁共振成像595

10.1 成像技术的分类597

10.2 有序点技术598

10.2.1 灵敏点技术598

10.2.2 场聚焦NMR(FONAR)和局部NMR600

10.3 有序线技术601

10.3.1 灵敏线或多灵敏点方法602

10.3.2 线扫描技术603

10.4 有序面技术606

10.4.1 投影重建技术606

10.3.3 回波线成像606

10.4.2 Fourier成像610

10.4.3 自旋-翘扭成像612

10.4.4 旋转坐标成像613

10.4.5 平面和多平面成像613

10.4.6 回波平面成像616

10.5 各种成像技术灵敏度和工作时间的比较618

10.5.1 灵敏度618

10.5.2 工作时间621

参考文献623

索引655