微課教學(xué)設(shè)計(jì)

微課教學(xué)設(shè)計(jì)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(lèi)所屬專(zhuān)業(yè)：化學(xué)專(zhuān)業(yè)所屬課程：分析化學(xué)適用對(duì)象：藥學(xué)及臨床藥學(xué)專(zhuān)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(mén)科學(xué)。在藥學(xué)和臨床藥學(xué)專(zhuān)業(yè)教育中，分析化學(xué)是一門(mén)重要的專(zhuān)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(tuán)如何連接的確切結(jié)構(gòu)的強(qiáng)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?！昂舜殴舱窦夹g(shù)的原理”是NMR教學(xué)中起點(diǎn)、重點(diǎn)和難點(diǎn)。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(jī)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(shí)的興趣。三、教學(xué)方法運(yùn)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(dòng)畫(huà)、圖片等充實(shí)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容。本課程總時(shí)長(zhǎng)7`31``，教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)如下：1.問(wèn)題引入從有機(jī)化合物乙苯的1HNMR譜和臨床核磁共振成像（NuclearMagneticResonanceImaging，MRI）兩個(gè)案例引入NMR、講解NMR的概念。簡(jiǎn)單介紹自1946年以來(lái)，在核磁共振技術(shù)方面獲得諾貝爾獎(jiǎng)的5位科學(xué)家。使學(xué)生在對(duì)NMR產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，意識(shí)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(duì)象——具有磁性的原子核NMR的研究對(duì)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(jìn)入一個(gè)神秘的、抽象的理論王國(guó)。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(dòng)量P，其自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)I決定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同類(lèi)型的原子核自旋量子數(shù)也不同。說(shuō)明質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)至少有一個(gè)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(shí)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(hào)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(cè)定靈敏度高，譜圖簡(jiǎn)單，在有機(jī)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(chǎng)中1H核的自旋能級(jí)分裂首先，講解在沒(méi)有外加磁場(chǎng)時(shí)，所有核自旋是無(wú)序的，沒(méi)有能級(jí)分裂。當(dāng)施加一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)后，核磁矩有兩種取向。每個(gè)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(chǎng)，能量低；m=-1/2的核磁矩逆磁場(chǎng)，能量高。兩個(gè)能級(jí)之間的能量差為：然后，進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生，拋出問(wèn)題：在研究化合物的1HNMR譜和MRI中，磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小極為重要，一般來(lái)說(shuō)，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大，譜圖越清晰，為什么？最后，理論結(jié)合實(shí)際。從圖3B可以看出，兩個(gè)能級(jí)之間的能量差與外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，較高的磁場(chǎng)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(jìn)入分子醫(yī)學(xué)和基因醫(yī)學(xué)時(shí)代，要求MRI成像達(dá)到分子和細(xì)胞水平，這只有在高磁場(chǎng)下才能獲得。近年來(lái)，由于磁體制造技術(shù)取得突破性進(jìn)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(jí)分裂（B）4.共振吸收啟發(fā)學(xué)生進(jìn)入第3個(gè)問(wèn)題，在“核磁共振”中，“核”指“磁性的原子核”，“磁”指“外加磁場(chǎng)”，那么“共振”的含義是什么呢？首先，以學(xué)生小時(shí)候玩過(guò)的“陀螺”為例，引入原子核在磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)頻率為。圖4陀螺的進(jìn)動(dòng)（A）和自旋核在外磁場(chǎng)中的進(jìn)動(dòng)（B）然后，指出處在外加磁場(chǎng)中的1H，一般也是處在低能級(jí)，如果要使其躍遷到高能級(jí)，必須在外磁場(chǎng)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(gè)能級(jí)之間的能量差相等，即時(shí)，才會(huì)發(fā)生躍遷。此時(shí)，給定的無(wú)線電波頻率為。在能級(jí)躍遷時(shí)吸收的無(wú)線電波的頻率和原子核的進(jìn)動(dòng)頻率相等，故稱(chēng)共振吸收。圖51H核的共振吸收最后，理論結(jié)合實(shí)際，引入核磁共振儀器。在進(jìn)行核磁共振分析時(shí)，一般將被分析物置于外加磁場(chǎng)中，通過(guò)改變射頻發(fā)生器的發(fā)射頻率，進(jìn)行掃描，射頻接收器接受信號(hào)，通過(guò)工作站，得到核磁共振譜。根據(jù)譜圖進(jìn)行分析和診斷。四、