微課教學(xué)設(shè)計

微課教學(xué)設(shè)計作品標(biāo)題：核磁共振技術(shù)的原理所屬學(xué)科：理學(xué)化學(xué)類所屬專業(yè)：化學(xué)專業(yè)所屬課程：分析化學(xué)適用對象：藥學(xué)及臨床藥學(xué)專業(yè)本科生主講教師：魏芳弟一、教學(xué)背景分析化學(xué)是關(guān)于研究物質(zhì)的組成、含量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)等化學(xué)信息的分析方法及理論的一門科學(xué)。在藥學(xué)和臨床藥學(xué)專業(yè)教育中，分析化學(xué)是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。核磁共振波譜法（NuclearMagneticResonanceSpectroscopy，NMR）是分析分子內(nèi)各官能團如何連接的確切結(jié)構(gòu)的強有力的工具，在化學(xué)、生命科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷等領(lǐng)域獲得了極其廣泛的應(yīng)用。“核磁共振技術(shù)的原理”是NMR教學(xué)中起點、重點和難點。二、教學(xué)目標(biāo)1.掌握核磁共振技術(shù)的原理，理解“核”、“磁”、“共振”的含義。2.了解核磁共振技術(shù)的兩大應(yīng)用領(lǐng)域（有機化合物的結(jié)構(gòu)解析和核磁共振成像），激起學(xué)生學(xué)習(xí)核磁共振技術(shù)后續(xù)知識的興趣。三、教學(xué)方法運用啟發(fā)式、講解式、引導(dǎo)式等教學(xué)方法講授課程內(nèi)容，利用動畫、圖片等充實重點和難點內(nèi)容。本課程總時長7`31``，教學(xué)過程設(shè)計如下：1.問題引入從有機化合物乙苯的1HNMR譜和臨床核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，MRI）兩個案例引入NMR、講解NMR的概念。簡單介紹自1946年以來，在核磁共振技術(shù)方面獲得諾貝爾獎的5位科學(xué)家。使學(xué)生在對NMR產(chǎn)生感性認(rèn)識的同時，意識到NMR的重要性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。圖1乙苯的1HNMR譜圖2核磁共振成像2.NMR的研究對象——具有磁性的原子核NMR的研究對象是原子核，但在化合物的結(jié)構(gòu)分析和MRI中，通常研究的是1H核，啟發(fā)學(xué)生思考原因，帶領(lǐng)學(xué)生進入一個神秘的、抽象的理論王國。首先，講解根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動量P，其自旋角動量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)I決定，實驗結(jié)果顯示，不同類型的原子核自旋量子數(shù)也不同。說明質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)至少有一個是奇數(shù)的原子核是磁性原子核，將抽象變?yōu)樾蜗?。然后，理論結(jié)合實際。指出迄今為止，只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號才能夠被人們利用，經(jīng)常為人們所利用的原子核有1H和13C。由于1H在自然界的豐度高，測定靈敏度高，譜圖簡單，在有機化合物的結(jié)構(gòu)分析中用途更廣泛。1H也是核磁共振成像的首選核種。3.在外加磁場中1H核的自旋能級分裂首先，講解在沒有外加磁場時，所有核自旋是無序的，沒有能級分裂。當(dāng)施加一個強磁場后，核磁矩有兩種取向。每個取向代表自旋核某種特定的能量狀態(tài)。磁量子數(shù)m=+1/2的核磁矩順磁場，能量低；m=-1/2的核磁矩逆磁場，能量高。兩個能級之間的能量差為：然后，進一步啟發(fā)學(xué)生，拋出問題：在研究化合物的1HNMR譜和MRI中，磁場強度的大小極為重要，一般來說，磁場強度越大，譜圖越清晰，為什么？最后，理論結(jié)合實際。從圖3B可以看出，兩個能級之間的能量差與外加磁場的強度成正比關(guān)系。一般來說，較高的磁場能提供較高的信噪比，不但使得圖像質(zhì)量提高，還可能做一些功能成像。上世紀(jì)九十年代1.5T成為NMR儀器成為臨床MRI的主流。二十一世紀(jì)醫(yī)學(xué)已進入分子醫(yī)學(xué)和基因醫(yī)學(xué)時代，要求MRI成像達到分子和細(xì)胞水平，這只有在高磁場下才能獲得。近年來，由于磁體制造技術(shù)取得突破性進展，3TMRI將取代1.5T成為臨床MRI主流。圖31H自旋的空間量子化（A）與能級分裂（B）4.共振吸收啟發(fā)學(xué)生進入第3個問題，在“核磁共振”中，“核”指“磁性的原子核”，“磁”指“外加磁場”，那么“共振”的含義是什么呢？首先，以學(xué)生小時候玩過的“陀螺”為例，引入原子核在磁場中的進動，進動頻率為。圖4陀螺的進動（A）和自旋核在外磁場中的進動（B）然后，指出處在外加磁場中的1H，一般也是處在低能級，如果要使其躍遷到高能級，必須在外磁場垂直方向用頻率為ν0的電磁波照射，也就是給其一定的能量。在光譜分析中，只有給定的能量和兩個能級之間的能量差相等，即時，才會發(fā)生躍遷。此時，給定的無線電波頻率為。在能級躍遷時吸收的無線電波的頻率和原子核的進動頻率相等，故稱共振吸收。圖51H核的共振吸收最后，理論結(jié)合實際，引入核磁共振儀器。在進行核磁共振分析時，一般將被分析物置于外加磁場中，通過改變射頻發(fā)生器的發(fā)射頻率，進行掃描，射頻接收器接受信號，通過工作站，得到核磁共振譜。根據(jù)譜圖進行分析和診斷。四、