[科普中国]-核四极矩共振

原理

物质是由分子构成的，分子由一种或一种以上的原子组成的，除了氢(H)核之外，原子核一般由若干个质子和中子构成，其中中子不带电荷，质子带有正电荷，原子核是一个具有一定形状和电荷分布的带电体。物质中每个原子核总是处于周围带电粒子所形成的电磁场中，如果电场梯度不为零，原子核的四极体与电场发生相互作用而呈现一定的电矩，即电四极矩。由于电四极矩的作用，使原子核具有相应的能量，表现为一系列分立的能级。如果从外部施加一电磁场，普朗克恒量与电磁场的频率的乘积等于原子核电四极矩能级的能量之差时，原子核便吸收外部电磁场能量而从低能级跃迁到高能级，而处于高能级的原子核也会辐射出相应频率的电磁波回到低能级，这就是原子核电四极矩共振。

现象自旋I>1/2的原子核由于电荷的非球形分布具有电四极矩Q，在核周围化学环境(如核处在原子、分子或晶体中)产生的电场梯度作用下，具有电四极相互作用能，自旋为I并具有电四级矩Q的核产生2I+1个能级分裂，在适当频率的射频磁场作用下可感生这些能级之间的跃迁。

条件要产生核四极矩共振，必须满足3个条件：

（1）原子核的电四极矩不为零；

（2）原子核周围的电场梯度不为零；

（3）有频率合适的外加电磁场。

应用这种核电四极相互作用可使核磁共振谱线移位和分裂。灵敏的电子顺磁共振波谱仪能在许多顺磁晶体中观察到二级跃迁，从而检测出电四极矩的影响.在电子-核双共振实验中，由于核自旋取向的变化也可观察到核四极相互作用。从核四极共振可以获得许多有关化学键的信息，因此它是研究固体结构的一种分析工具。2

共振频率电四极矩和电场梯度eq 是物质的内在因素，电磁场是人为施加的外部条件。特别是原子核周围的电场是由分子内部构造与带电粒子所决定，也就是说，不仅不同原子核的核电四极矩的共振频率不相同，就算同种原子核处在不同分子中，其核四极矩共振频率也不同。通过检测到的 NQR信号，不但可判别是哪种原子核，还可判别是什么物质分子。