核磁共振实验报告
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告
一、实验目的
1. 掌握核磁共振实验的基本原理和实验方法；
2. 了解核磁共振在医学诊断和化学分析中的应用；
3. 掌握核磁共振实验的操作和仪器使用。
二、实验原理
核磁共振是一种利用核自旋共振现象进行研究的物理技术。该技术一般包括两个主要步骤：建立核磁共振信号，以及对其进行检测和分析。
三、实验仪器和材料
1. 核磁共振仪：包括磁场产生系统、激磁系统、探测和信号处理系统等；
2. 乙酸、甲醇、苯乙烯。
四、实验步骤
1. 校准仪器：打开核磁共振仪的电源，进行磁场校准和频率校准；
2. 放置样品：在核磁共振仪样品槽中放置样品（乙酸、甲醇或苯乙烯）；
3. 开始实验：调整仪器参数，选择目标核（例如乙酸中的氢原子核），并设置合适的脉冲序列；
4. 记录数据：通过可视化界面观察得到的核磁共振信号，并记录数据（如化学位移、峰面积等）；
5. 分析实验结果：根据所得数据进行实验结果的分析和解释。
五、实验结果与分析
在实验中，我们选择了乙酸作为样品进行核磁共振实验。通过观察核磁共振信号的特征，我们成功地获得了乙酸中氢原子核的化学位移和峰面积等信息。根据实验结果，我们可以推断出乙酸的分子结构以及其中氢原子核的环境与其他原子的相互作用情况。
六、实验总结
通过本次实验，我们深入了解了核磁共振实验的基本原理和操作方法。同时，我们还学习了核磁共振在医学诊断和化学分析等领域的应用。通过对实验结果的分析和解释，我们提高了自己的实验数据处理和实验报告撰写能力。这次实验为我们今后在相关领域的研究和应用打下了扎实的基础。
七、参考文献
1. 《核磁共振实验指导书》；
2. 《核磁共振技术及应用》。
八、附录
实验操作过程详见实验笔记。
实验人员签名：日期：
实验报告磁共振技术及核磁共振
实验报告磁共振技术及核磁共振 磁共振技术及核磁共振 材料物理21 王介寒 21xx年，布洛赫(Bloch)和珀塞尔(Purcell)分别用感应法和吸收法观察到宏观物体核磁共振现象，为此，他们荣获1952年诺贝尔奖。从此，核磁共振成为人们研究物质微结构的重要方法，并获得广泛的应用。目前，核磁共振技术已成为精确测量磁场的重要方法，核磁共振成像技术也已成为医学诊断的有力工具。一、实验原理 ?根据磁共振原理，观察核磁共振现象，需要有一个均匀的磁场B0和一个角频率为?的 ???旋转磁场B1，B1?B0，并且满足 ???B0 (1) ??g?N/h，称为旋磁比。对于氢核，g?,?N??10?27焦耳／特斯拉， h??10?34焦耳·秒，可计算出氢核旋磁比??兆赫／特斯拉，故 B0(2) ????10?2?特斯拉??式中频率v的单位为兆赫，式(2)可见，当发生氢核磁共振时，测出旋转磁场B1的频率v， ?就可确定未知磁场B0的大小，这就是NMR方法测量磁场的原理。 根据式(1)，观察磁共振吸收信号有两种方法。一种是扫频法，即磁场B0固定，让高频磁场角频率?连续变化并通过共振区，当???B0
时，出现共振吸收峰；另一种方法是扫场法，即把高频磁场角频率?固定，让磁场B0连续变化并通过并振区，当???B0时，出现共振吸收峰。 因扫场法在技术上较简单，本实验用扫场法，扫场电流为50Hz，对应扫场磁场 B??Bmsin100?t，该磁场迭加在静磁场B0上，即 B?B0?Bmsin100?t (3) 当满足磁共振条件时，就观察到NMR信号。见图1所示。Br为共振磁场，扫场每一周内，可观察到的共振吸收峰不超过两个。 根据布洛赫稳态条件，静磁场变化(扫场)通过共振区所需时间远大于驰豫时间T1和T2， 这是在示波器上可观察到稳态共振吸收信号如图2(a) 所示。如果扫场速度远非足够慢，不满足稳态条件，则观察到带有“尾波”的共振吸收信号如图2(b)所示。可以这样理解，当 ??磁共振时，磁化强度矢量M突然偏离B0方向，产生吸收峰。当B?Br或B?Br时，磁共 ???振消失，而M将围绕B0以螺旋方式恢复到B0方向。在这个过程中M在垂直于B0平面的 ?分量M?上，它使射频线圈产生的感应电动势是逐渐衰减的，因而在示波器上出现“尾波”。 二、实验装置 NMR实验装置原理图如图3所示。静磁场永磁体产生，并配以扫
核磁共振 实验报告
核磁共振实验报告 【实验目的】 1. 了解核磁共振的实验基本原理 2. 学习利用核磁共振校准磁场和测量g 因子的方法 3. 【实验原理】 1. 核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩 j μr 和总角动量 j P r 存在如下关系 22B j j j j e e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==r r r r 为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子， 为原子的旋磁比 对于自旋不为零的原子核，核磁矩 j μr 和自旋角动量 j P r 也存在如下关系 22N I N I N I I p e g P g P P m h πμμγ=-==r r r r 按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场0 B 中能级将 发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差E ?，当有外界条件提供与E ?相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁，比如赛曼能级的能量差为 02B h E γπ?= 的氢核发射能量为h ν的光子，当0 =2B h h γνπ时，氢核将吸收这个光子 由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振”。 由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为 00B ωγ= 2. 用扫场法产生核磁共振
在实验中要使 0= 2B h h γνπ得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个永磁铁 B 上叠加一个低频交谈磁场 sin m B B t ω=，使氢质子能级能 量差()0sin 2m h B B t γωπ+有一个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式() 0sin 2m h B B t γωπ+总能成立。由图 可知，当共振信号非等间距时共振点处()0sin 2m h B B t γωπ+，sin m B t ω未知，无法利用等式求出 B 的值。调节射频场的频率ν使共振信号等间距时，共振点处 sin =0 m B t ω， 0= 2B h h γνπ，0B 的值便可求出。
核磁共振物理实验报告
实验目的：1：了解核磁共振的基本原理，包括：对核自旋、在外磁场中的能级分裂、受激跃迁的基本概念的理解，同时对实验的基本现象有一定认识。 2：学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g的方法：了解实验设备的基本结构，掌握利用扫 场法创造核磁共振条件的方法，学会利用示波器观察共振吸收信号。 实验简介：自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为 ΔE = γhB0 （1） 其中：γ为旋磁比，h为约化普朗可常数，B0为稳恒外磁场。 如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为hν（2） 其中：ν为交变电磁场的频率。 当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即： hν = γh B0（3） 2πν = γ B0（4） 低能极上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。 实验设备 a) 样品水：提供实验用的粒子，氢（1H）核。 b) 永磁铁：提供稳恒外磁场,中心磁感应强度B约为Bo（实验待求）。 c) 边限振荡器：产生射频场,提供一个垂直与稳恒外磁场的交变磁场，频率ν。同时也将探测到 的共振电信号放大后输出到示波器，边限振荡器的频率由频率计读出。 d) 绕在永铁外的磁感应线圈：其提供一个叠加在永磁铁上的扫场
e) 调压变压器：为磁感应线圈提供50Hz 的扫场电压。 f) 频率计：读取射频场的频率。 g) 示波器：观察共振信号。 探测装置的工作原理:图一中绕在样品上的线圈是边限震荡器电路的一部分，在非磁共振状态下它处在边限震荡状态（即似振非振的状态），并把电磁能加在样品上,方向与外磁场垂直。当磁共振发生时，样品中的粒子吸收了震荡电路提供的能量使振荡电路的Q 值发生变化，振荡电路产生显著的振荡，在示波器上产生共振信号。 二：实验原理，实验设计思想： 在微观世界中物理量只能取分立数值的现象很普遍。一般来说原子核自旋角动量也不能连续变化，只能取分立值即： 其中I 称为自旋量子数， 只能取0，1，2，3，… 等整数值或1/2，3/2，5/2，… 等半整数值 )1I (I p +=[右图是在外磁场B 0中 塞曼分裂图（半数以上的原子核具有 自旋，旋转时产生一小磁场。当加一外磁场，这些原子核的能级将分裂，即塞曼效应。）] 本实验涉及的质子和氟核 F 19 的自旋量子数I 都等于1/2。类似地原子核的自旋角动量在空间某一方向，例如z 方向的分量不能连续变化，只能取分立的数值 m p = 其中量子数m 只能取I ，I-1，… ，-I+1，-I 等（2I+1）个数值 自旋角动量不为零的原子核具有与之相联系的核自旋磁矩， 简称核磁矩（magnetic moment ）。其大小为P 2M e g =μ 其中e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个由原子核结构决定的因子，对不同种类的原子核g 的数值不同，g 成为原子核的g 因子。由于核自旋角动量在任意给定的z 方向的投影只可能取（2I+1）个分立的数值，因此核磁矩在z 方向上的投影也只能取（2I+1）个分立的数值： 2M e g p 2M e g m z z ==μ 原子核的磁矩的单位为：2M e N = μ mN 称为核磁子。采用mN 作为核磁矩的单位以后，mz 可记为mz =gmmN 。而核磁矩与角动量本身
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告 核磁共振实验报告 一、实验目的 1. 掌握核磁共振实验的基本原理和实验方法； 2. 了解核磁共振在医学诊断和化学分析中的应用； 3. 掌握核磁共振实验的操作和仪器使用。 二、实验原理 核磁共振是一种利用核自旋共振现象进行研究的物理技术。该技术一般包括两个主要步骤：建立核磁共振信号，以及对其进行检测和分析。 三、实验仪器和材料 1. 核磁共振仪：包括磁场产生系统、激磁系统、探测和信号处理系统等； 2. 乙酸、甲醇、苯乙烯。 四、实验步骤 1. 校准仪器：打开核磁共振仪的电源，进行磁场校准和频率校准； 2. 放置样品：在核磁共振仪样品槽中放置样品（乙酸、甲醇或苯乙烯）； 3. 开始实验：调整仪器参数，选择目标核（例如乙酸中的氢原子核），并设置合适的脉冲序列； 4. 记录数据：通过可视化界面观察得到的核磁共振信号，并记录数据（如化学位移、峰面积等）；
5. 分析实验结果：根据所得数据进行实验结果的分析和解释。 五、实验结果与分析 在实验中，我们选择了乙酸作为样品进行核磁共振实验。通过观察核磁共振信号的特征，我们成功地获得了乙酸中氢原子核的化学位移和峰面积等信息。根据实验结果，我们可以推断出乙酸的分子结构以及其中氢原子核的环境与其他原子的相互作用情况。 六、实验总结 通过本次实验，我们深入了解了核磁共振实验的基本原理和操作方法。同时，我们还学习了核磁共振在医学诊断和化学分析等领域的应用。通过对实验结果的分析和解释，我们提高了自己的实验数据处理和实验报告撰写能力。这次实验为我们今后在相关领域的研究和应用打下了扎实的基础。 七、参考文献 1. 《核磁共振实验指导书》； 2. 《核磁共振技术及应用》。 八、附录 实验操作过程详见实验笔记。 实验人员签名：日期：
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告 一、背景 核磁共振技术（NMR）是最重要的有机化学结构分析表征手段之一。NMR属于一种吸收光谱，是在适当的磁场条件下，样品能够吸收射频区（rf）的电磁辐射，而且所吸收的辐射频率取决于样品的固有性质。吸收与分子中的某一个特定的原子核有关。吸收峰频率对吸收强度作图即为NMR吸收光谱谱图。原子核绕核自旋会产生沿轴方向的一个磁偶极，其角动量可以用自旋量子数I来表示。对于一些自旋量子数为1/2的原子核，比如1H、13C、15N、19F、31P，其电荷有着球形的分布。在外加磁场的存在下，这类原子核有着符合玻尔兹曼分布的两个能级α与β，分别对应着I=+1/2和-1/2的两个能量，分裂能为ΔE=(hγ/2π)B0，即射频ν=（γ/2π）B0。两种不同的射频产生方式，扫频连续波（CW）和脉冲，产生了两种截然不同的NMR光谱仪。CW扫描一张谱图需要数分钟的时间，且信噪比较低；而脉冲-傅立叶变换谱仪则可以较快得到信号，且其很低的信噪比可以通过重复脉冲得到提高。 氢核磁共振（HNMR）和碳核磁共振（CNMR）是最常用的两种核磁共振分析方法。在核磁共振氢谱和核磁共振碳谱中我们可以得知丰富的碳氢化学环境信息。而2D NMR则给NMR领域带来了许多进步，不仅使1D谱展开在2D平面上，提高了谱峰的分辨率，同时为谱峰的归属提供了非常直接的方式。本实验中对样品进行核磁共振氢谱、核磁共振碳谱、H, H COSY谱的扫描，并对其各个峰进行归属。 二、样品 N-(pentan-3-yl)-1-(piperidin-3-yl)-1H-indole-3-carboxamide hydrochloride （结构式见图1） 图1
磁共振技术实验报告
磁共振技术实验报告 【摘要】 磁共振指磁矩不为零的物质处于恒定磁场中，由于射频或微波电磁场引起磁能级之间的共振跃迁现象。本实验主要涉及到磁共振技术中的三个实验，分别为顺磁共振、核磁共振、光磁共振实验，讨论影响实验信号的因素，并分析三种共振实验的特点。通过顺磁实验主要了解微波顺磁共振的概念和原理，使用微波进行电子顺磁共振实验，计算出原子的g因子；通过核磁共振实验测定有关物理量，认识磁共振的一般特性。观测核磁共振的测量原理和实验方法；通过光磁共振实验了解掌握光抽运和光检测的原理和实验方法，加深对超精细结构，光跃迁及磁共振的理解，测定铷87及铷85的g因子，地磁场垂直和水平分量。尽管这些这些磁共振各有特点，但有着共同的原理和方法，因此本实验还有一主要目的是找到他们的发展特点并引发思考技术的未来发展方向。 【关键字】 顺磁共振核磁共振光磁共振g 因子 【引言】 磁共振是指磁矩不为零的原子或原子核在稳恒磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。如果共振是由原子核磁矩引起的, 则该粒子系统产生的磁共振现象称核磁共振(简写作NMR)；如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩提供的,则称电子自旋共振(简写ESR),亦称顺磁共振(写作EPR)。此外，还有以其他物理特征为标志的共振现象，建立在光抽运基础上的光泵磁共振。尽管这些磁共振各有特点，但有着共同的原理和方法。 【正文】 磁共振是在固体微观量子理论和无线电微波电子学技术发展的基础上被发现的。1945年首先在顺磁性Mn盐的水溶液中观测到顺磁共振，第二年，又分别用吸收和感应的方法发现了石蜡和水中质子的核磁共振；用波导谐振腔方法发现了Fe、Co和Ni薄片的铁磁共振。1950年在室温附近观测到固体Cr2O3的反铁磁共振。1953年在半导体硅和锗中观测到电子和空穴的回旋共振。1953年和1955年先后从理论上预言和实验上观测到亚铁磁共振。随后又发现了磁有序系统中高次模式的静磁型共振(1957)和自旋波共振(1958)。1956年开始研究两种磁共振耦合的磁双共振现象。这些磁共振被发现后，便在物理、化学、生物等基础学科和微波技术、量子电子学等新技术中得到了广泛的应用。例如顺磁固体量子放大器,各种铁氧体微波器件,核磁共振谱分析技术和核磁共振成像技术及利用磁共振方法对顺磁晶体的晶场和能级结构、半导体的能带结构和生物分子结构等的研究。原子核和基本粒子的自旋、磁矩参数的测定也是以各种磁共振原理为基础发展起来的。
核磁共振nmr实验报告
核磁共振实验报告 1.实验目的 了解核磁共振的基本原理；学习使用核磁共振波谱仪，分析样品的结构和组分。 2.实验原理 原子核除具有电荷和质量外，约有半数以上的元素的原子核还能自旋。由于原子核是带正电荷的粒子，它自旋就会产生一个小磁场。具有自旋的原子核处于一个均匀的固定磁场中，它们就会发生相互作用，结果会使原子核的自旋轴沿磁场中的环形轨道运动，这种运动称为进动。 自旋核的进动频率ω0与外加磁场强度H0成正比，即ω0=γH0，式中γ为旋磁比，是一个以不同原子核为特征的常数，即不同的原子核各有其固有的旋磁比γ，这就是利用核磁共振波谱仪进行定性分析的依据。从上式可以看出，如果自旋核处于一个磁场强度H0的固定磁场中，设法测出其进动频率ω0，就可以求出旋磁比γ，从而达到定性分析的目的。同时，还可以保持ω0不变，测量H0，求出γ，实现定性分析。 图1 核磁共振波谱仪原理图 核磁共振波谱仪就是在这一基础上，利用核磁共振的原理进行测量的核磁共振广泛用于化合物的结构测定，定量分析和动物学研究等方面。它与紫外、红外、质谱和元素分析等技术配合，是研究测定有机和无机化合物的重要工具。
如果有一束频率为ω的电磁辐射照射自旋核,当ω=ω0时，则自旋核将吸收其辐射能而产生共振，即所谓核磁共振。吸收能量的大小取决于核的多少。这一事实，除为测量γ提供途径外，也为定量分析提供了根据。具体的实现方法是：在固定磁场H0上附加一个可变的磁场。两者叠加的结果使有效磁场在一定范围内变化，即H0在一定范围内可变。另置一能量和频率稳定的射频源，它的电磁辐射照射在处于磁场中的样品上，并用射频接收器测量经样品吸收后的射频辐射能。在样品无吸收时，则接收的能量为一定值；如果有吸收，就会给出一个能量吸收信号。但吸收的条件必须是射频的频率ω=ω0。射频的频率是固定的，要使具有不同γ值的不同原子核都能吸收辐射能，就只有改变H0，使不同的自旋核在相应的某一特定的H0时具有相同的并与射频频率相等的进动频率，即ω=ω0。这样，不同的自旋核都可以在某一特征的磁场强度下吸收射频辐射能而产生核磁共振。因此，用改变磁场强度的方法进行扫描，接收器就可以给出一系列的以磁场强度(实际上是以旋磁比)为特征的吸收信号。以磁场强度为横坐标，以吸收能量为纵坐标绘出的曲线就是核磁共振波谱图。其中横坐标就是定性分析所依据的参数，纵坐标对应于不同H0的出峰面积就是定量分析参数。 3.实验仪器 本次实验使用的是Bruker公司A V ANCE系列400MHz超导傅里叶变化核磁共振波谱仪。 4.仪器构造、组成 下图是A V ANCE 400MHz核磁共振波谱仪结构及组成。整个系统由机体、主机柜和控制台组成。控制台发出的电磁信号经主机柜转化为模拟信号，从而控制机体完成实验的过程；机体检测器采集的模拟信号经主机柜转为电信号，范围到控制台，保存为核磁波谱图。 机体由超导磁体、进样器、检测器等组成，超导磁体是核磁波谱仪的核心部件，用来产生仪器工作所需的磁场，为保持稳定，超导磁体的周围有36组线圈，用以补偿不均匀的的磁场。超导磁体的周围有液氮和液氦的冷却池，用来保持超导磁体所需的低温环境(液氮约每星期补充一次，液氦约半年补充一次)。该仪器配有60位自动进样器，可以安排序列实验。检测器由发射线圈和接收线圈组成，用以检测样品的核磁信号。
(完整word版)核磁共振实验报告--近代物理实验
核磁共振实验报告 姓名:牟蓉学号：201011141054 日期：2013。4。11 指导老师：王海燕 摘要 本实验利用连续核磁共振谱仪测量了不同浓度的CuSO4水溶液的共振信号，并估算样品的横向弛豫时间;同时利用核磁共振仪采用90︒-180︒双脉冲自旋回波法测量其横向弛豫时间。两种方法都能观察到核磁共振现象，并且随着CuSO 浓度增加,其横向弛豫时间逐渐减小。 4 关键词 核磁共振连续核磁共振波谱仪脉冲波谱仪自旋回波法横向弛豫时间 一、引言 核磁共振技术（NMR）是由布洛赫（Felix Bloch）和玻赛尔(Edward Purcell）于1945年分别独立的发明的，大大提高了核磁矩测量的精度，从发现核磁共振现象而产生的连续波核磁共振技术，到70年代初提出的脉冲傅里叶变换（PFT)技术和后来的核磁共振成像,在核磁共振这一领域中已多次获得诺贝尔物理学家。NBR不仅是一种直接而准确的测量原子核磁矩的方法，而且已成为研究物质微观结构的工具,如研究有机大分子结构,精确测量磁场及固体物质的结构相变，另外还成为了检查人体病变方面的有力武器，在生物学、医学、遗传学等领域都有重要应用。 本实验以水中的氢核为主要对象，通过用了两种方法测量不同浓度的溶液的横向弛豫时间，来掌握核磁共振技术的基本原理和观测方法。 二、实验原理 1.核磁共振的量子力学描述 当原子核置于外磁场中，由于核磁矩与外磁场的相互作用使得原子核获得附加能量，即 （1） 其中为核磁矩，为旋磁比，。 在磁能级分裂后,相邻两个磁能级间的能量差=。遵守磁能级之间跃迁的量子力学选择定则，
若在垂直于的平面内加上一个射频磁场，当f=时，处于较低能态的核会吸收电磁辐射的能量而跃迁到较高能态，即核磁共振. 2. 核磁共振的宏观理论 在外磁场中核磁矩的取向量子化基础上，布洛赫利用法拉第电磁感应理论,建立了著名的布洛赫方程，用经典力学的观点系统地描述了核磁共振现象。 有角动量P 和磁矩μ的粒子在外磁场B 中受到力矩L B μ=⨯的作用，其运动方程为 dP L B dt μ==⨯ （2） 将(2)式代入上式,得 d B dt μ γμ=⨯ (3) 当磁矩在外加静磁场0B （沿z 轴方向)中,若令00B ωγ=，对式（3）进行求解得 （4） 其中为μ与间的夹角，可知微观磁矩μ绕静磁场进动，进动平面上的投影μ⊥角频率即拉摩尔频率00B ωγ=，μ在x —y 所示。 和在z 轴方向的投影z μ均为常数。如图1(a ） —y 平面内加一个除了在z 轴方向加静磁场0B 外，再在x 静止的转动坐标系以00B ωγ=-旋转的变化磁场1B ，则μ在0B 向的分量不变。即 中以11B ωγ=的角频率绕1B 进动，μ沿1B 方 μ的端点在以μ为半径的球面上作往复螺旋运动。如图1（b ）所示。 实际的样品是由大量磁矩构成的复杂系统,并与周围物质有一定的相互作用。又由于磁矩及其在磁场中的取值是量子化的.单位体积中微观磁矩矢量之和称为磁化强度,用M 表示。 i i M μ=∑ (5）
核磁实验报告
核磁实验报告 一．实验目的 了解核磁测试的原理，掌握一些相关的核磁信息。 能看懂核磁的基本信息图，会解一些基本的核磁图。 二．实验原理 1、核磁共振的原理 核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。 根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同： 质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0。 质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数。 质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。 迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P。 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： 正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。两种取向不同的氢核之间的能级差：∆E= μH0 = ∆E时，核就能吸收电磁波的能量当采用电磁波照射原子核时，若E 外 从较低能级跃迁到较高能级，这种跃迁称为核磁共振。 E外= hν = ∆E 由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。
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1、前言和实验目的 核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象。本实验的样品在外磁场中，外磁场使样品核能级因核自旋不同的取向而分裂，在数千高斯外磁场下核能级的裂距一般在射频波段，样品在射频电磁波作用下，粒子吸收电磁波的能量，从而产生核能级的跃迁。1932年发现中子后，才认识到核自旋是质子自旋和中子自旋之和，质子和中子都是自旋角动量为2 的费米子，只有质子数和中子数两者或其一为奇数时，核才有非零的核磁矩，正是这种磁性核才能产生核磁共振。 核磁共振信号可提供物质结构的丰富信息，如谱线的宽度、形状、面积、谱线在频率或磁场刻度上的准确位置、谱线的精细结构、超精细结构、弛豫时间等，加之是对样品的无损测量，广泛的应用于分子结构的确定、液相和固相的动力学研究、医用诊断、固体物理学、分析化学、分子生物学等领域，是确定物质结构、组成和性质的重要实验方法。核磁共振还是磁场测量和校准磁强计的标准方法之一，其不确定度可达001.0±%。 实验目的： （1）掌握核磁共振的实验原理和方法 （2）用核磁共振方法校准外磁场B ，测量氟核的F g 因子以及横向驰豫时间2T 2、实验原理 如原子处在磁场中会发生能级分裂一样，许多原子核处在磁场中也会发生能级的分裂，因为 原子核也存在自旋现象。质子和中子都是自旋角动量等于2 的费米子，当质子数和中子数都为偶数时原子核的磁矩为0，当其一为奇数时原子核磁矩为半整数，当两个都为奇数时核磁矩为整数。只有具有核磁矩的原子核才有核磁共振现象。 我们知道在微观世界里物理量都只能取分立的值，即都是量子化的。原子核的角动量也只能取分立的值 )1(+= I I p ,I 为自旋量子数，取分立的值。对于本实验用到的H 1和F 19，自旋量 子数I 都为1/2。沿z 方向的角动量为 m p z =，在这里m 只能取1/2或-1/2。而自旋角动量不为0的核具有核磁矩p m e g p 2F =，考虑沿z 轴方向则有N z p Z mgF p m e G F ==2，其中以 γ== p z m e F 2为原子核磁矩的基本单位，p m e 2=γ。 在没有磁场作用时，原子核的能量时一样的，但处于磁场中则会发生能级分裂， B m γ-B -F B F E Z =⋅=⋅-=，本实验中1=∆m ，故有B E γ=∆。外加一射频场，当满足一定 的条件时就会发生共振吸收，条件为πγγυ2hB B E h = =∆= ，从而有共振频率B π γ υ2=。通过
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核磁共振实验报告 引言 核磁共振是现代科学领域中一项重要的技术，它在医学诊断、化学分析、材料科学等领域都得到广泛应用。本实验旨在通过核磁共振技术的原理和实验方法，深入探究其在实践中的应用和意义。 实验目的 本实验的目的是通过核磁共振技术探索物质中核自旋的行为，并利用核磁共振现象测量样品的基本属性，如自旋量子数、共振频率以及相关的弛豫时间。 实验原理 核磁共振是基于核自旋运动的原理，在一个外加恒定磁场下，样品中的核由于其自旋量子数的性质，会在磁场中取向成两种可能的状态。当样品受到高频电磁辐射时，会发生共振吸收或释放能量的现象，并通过测量共振频率来获取核的相关信息。 实验仪器
本实验使用的核磁共振仪器主要包括磁体、高频发生器和探测器等。磁体提供了恒定的磁场，用来产生核磁共振；高频发生器用来激发样品中的核共振；探测器则用来测量共振信号。 实验步骤 1. 调整磁场：通过控制磁体电流，使其产生恒定的磁场。这是核磁共振实验的基础。 2. 放置样品：将待测样品置于磁场中，并调整其位置，使得样品中的核自旋可以充分感受到磁场。 3. 激发核共振：通过高频发生器产生与核的共振频率相匹配的电磁辐射，使样品中的核进入共振状态。 4. 探测共振信号：利用探测器来测量样品中共振信号的幅度和频率，并记录相关数据。 5. 数据处理：通过测量得到的共振频率，可以计算出样品中核的自旋量子数和其他相关信息。 实验结果 实验数据显示，在恒定磁场下，样品中的核共振频率为x Hz，根据相关公式计算得知核的自旋量子数为S=1/2。实验还测得了核
磁共振信号的弛豫时间，并与理论值进行对比，验证了测量结果 的准确性。 实验应用 核磁共振技术在医学领域有广泛应用，在核磁共振成像（MRI）中，通过对人体内部的核共振信号进行采集和处理，可以生成清 晰的影像，用于诊断和治疗疾病。此外，核磁共振也被广泛应用 于化学分析领域，可用于确定化合物的结构和化学键的性质等。 结论 本实验通过核磁共振技术，成功探索了样品中核自旋的行为， 并测得了相关的物理参数。核磁共振技术在医学、化学和材料科 学等领域具有广泛的应用前景，为科学研究和工程实践提供了有 力的工具和方法。 致谢 在此，特别感谢实验指导老师对本次实验的悉心指导和帮助， 在实验过程中给予了及时的指导和解答。同时，也感谢实验室内 同学们的合作和协助，使本次实验取得了令人满意的结果。
核磁共振实验报告
核磁共振 实验报告 姓名：任宇星班级：F1407204（致远物理）学号：5140729003 指导老师：杨文明实验日期：2016.5.6 一、实验目的 1．了解核磁共振基本原理； 2．观察核磁共振稳态吸收信号及尾波信号； 3．用核磁共振法校准恒定磁场B0； 4．测量朗德因子g。 二、实验仪器 数字频率计、示波器、永久磁铁、扫场线圈、探头（含电路盒和样品盒）、可调变压器、220 V/6 V 变压器、NM120 台式核磁共振成像仪； 聚四氟乙烯、水（掺有杂质）、食用油、乙醇、纯净水样品。 三、实验原理 1、核磁共振原理及条件 原子的总磁矩μ j 和总角动量P j 存在如下关系： 其中g为朗德因子，μB为波尔磁子，γ为原子的旋磁比。 对于自旋不为0的粒子，原子的总磁矩μ j 和总角动量P j 也存在上述关系。 按照量子理论，原子核存在核自旋和核磁矩，在外磁场 B 中能级将发生赛曼分裂。记相邻能级间具有能量差ΔE，当有外界条件提供与ΔE相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁。 如果向赛曼能级的能量差为ΔE=γB0h 2π 的氢核发射能量为E=hv的光子，当 γB0h 2π =hv时，氢核将吸收这个光子，由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级。这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振” 从中，我们也可以看出，核磁共振发生的条件是电磁波的频率为ω=γB。
2、用扫场法产生核磁共振 在实验中要使ΔE=γB0ℎ 2π =hv并不是那么容易的。主要原因是外磁场不容易 控制在一个特定的值。因此我们可以在一个永磁体B 上叠加一个低频交流磁场 B=B m sinωt,使氢原子能级能量差γℎ 2π （B0+Bmsinωt）有一个可以调节的变化区 间。我们调节射频场的频率v使射频场的能量hv处于上述区间，这样在某一瞬间hv=γℎ 2π （B0+Bmsinωt）即可成立。从而可以通过读取共振时对应频率得到本征频率。 3、自旋回波 自旋回波(Spin Echo)是射频脉冲与静磁场中核磁矩体系相互作用的结果。两个具有适当宽度的射频脉冲以一定的间隔相继作用在静磁场中的核磁矩体系上，经过一段时间在接收系统中会出现一个感应信号，信号与第二脉冲的间隔恰好等于脉冲之间的间隔，就象脉冲信号的回波一样，故称为“自旋回波”。 4、自由感应衰减(FID) 在射频激发之后，原子核的总磁矩（原本沿z 轴方向）被翻转到垂直主磁场的横平面上，产生了自由感应衰减(FID)这种信号。在到达xy平面之后，由于不再受到射频的激发，随着时间的推移，总磁矩又会恢复到z 轴上，使得横磁向量的向量和变小，即造成信号强度变小。这是自由感应衰减(FID)的机制。
核磁共振成像实验报告
核磁共振成像实验报告
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中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩： 班级： 姓名 同组者： 教师： 核磁共振实验 【实验目的】 1、理解核磁共振的基本原理； 2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系，并掌握拉莫尔频率的测量方法； 3、掌握梯度回波序列成像原理及其成像过程； 4、掌握弛豫时间的计算方法，并反演 T1和T2谱。 【实验原理】 一．核磁共振现象 原子核具有磁矩，氢原子核在绕着自身轴旋转的同时，又沿主磁场方向B 0作圆周运动,将质子磁矩的这种运动称之为进动，如图1所示。 图1 质子磁矩的进动 在主磁场中，宏观磁矩像单个质子磁矩那样作旋进运动，磁矩进动的频率符合拉莫尔（Larmor ）方程：. 0/2f B γπ= 二、施加射频脉冲后(氢)质子状态 当生物组织被置于一个大的静磁场中后，其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态而逆主磁场方向者为高能态。在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度，势必要达到动态平衡，称为“热平衡”状态。这种热平衡状态中的氢质子，被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时，将破坏原来的热平衡状态。施加的射频脉冲越强，
持续时间越长，在射频脉冲停止时，M离开其平衡状态B0越远。 如用以Ｂ０为Ｚ轴方向的直角座标系表示Ｍ，则宏观磁化矢量Ｍ平行于ＸＹ平面，而纵向磁化矢量Ｍｚ＝０，横向磁化矢量Mxy最大，如图2所示。这时质子群几乎以同样的相位旋进。施加180°脉冲后，Ｍ与Ｂ０平行，但方向相反，横向磁化矢量Ｍｘｙ为零，如图3所示。 图2 90°脉冲后横向磁化矢量达到最大 图3 180°脉冲后的横向磁化分量为0 三、射频脉冲停止后（氢）质子状态 脉冲停止后，宏观磁化矢量又自发地回复到平衡状态，这个过程称之为“核磁弛豫”。当90°脉冲停止后，Ｍ仍围绕Ｂ０轴旋转，Ｍ末端螺旋上升逐渐靠向Ｂ０，如图4所示。 图4 90度脉冲停止后宏观磁化矢量的变化 1. 纵向弛豫时间（T1） 90°脉冲停止后，纵向磁化矢量要逐渐恢复到平衡状态，测量时间距射频脉冲终止的时
核磁共振实验报告(更新版)
核磁共振实验 实验目的：1、了解核磁共振原理 2、利用核磁共振的方法确定样品的旋磁比γ、朗德因子g N 和原子核的磁矩μI 3、用核磁共振测磁场强度 实验重点：原子核能级分裂情况，发生共振的条件 实验难点：氢核和氟核的共振频率的调节 实验原理： 下面我们以氢核为主要研究对象，以此来介绍核磁共振的基本原理和观测方法。氢核虽然是最简单的原子核，但它是目前在核磁共振应用中最常见和最有用的核。 〔一〕核磁共振的量子力学描述 １．单个核的磁共振 通常将原子核的总磁矩在其角动量P 方向上的投影μ 称为核磁矩，它们之 间的关系通常写成 P m e g P P N ••=•=2μγμ或 式中P N m e g 2•=γ称为旋磁比；e 为电子电荷；m 为质子质量；N g 为朗德因子。对氢核来说，5851.5=N g 按照量子力学，原子核角动量的大小由下式决定 ()h I I P 1+= 式中π2h h =，h 为普朗克常数。I 为核的自旋量子数，可以取 ,2 3,1,21,0=I 对氢核来说21=I 把氢核放入外磁场B 中，可以取坐标轴ｚ方向为B 的方向。核的角动量在B 方向上的投影值由下式决定 h m P B = 〔2—3〕 式中m 称为磁量子数，可以取I I I I m ----=),1(,1, 。核磁矩在B 方向上的投 影为
m m eh g P m e g P N B P N B )2(2==μ 将它写为 m g N N B μμ= 〔2—4〕 式中12710787.05.5--⨯=JT N μ称为核磁子，是核磁矩的单位。 磁矩为μ 的原子核在恒定磁场B 中具有的势能为 mB g B B E N N B μμμ-=-=•-= 任何两个能级之间的能量差为 )(2121m m B g E E E N N m m --=-=∆μ 〔2—5〕 考虑最简单情况，对氢核而言，自旋量子数21= I ，所以磁量子数m 只能取两个值，即2 121-==和m 。磁矩在外磁场方向上的投影也只能取两个值，如图2—1中的〔a 〕所示，与此相对应的能级如图2—1中〔b 〕所示。 根据量子力学中的选择定则，只有1±=∆m 的两个能级之间才能发生跃迁，这两个能级之间的能量为 B g E N N •=∆μ 由这个公式可知：相邻两个能级之间的能量差E ∆与外磁场B 的大小成正 比，磁场越强，则两个能级分裂也越大。
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核磁共振实验报告 一、实验目的与实验仪器 1.实验目的 （1）了解核磁共振的基本原理； （2）学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g的方法：（3）掌握利用扫场法创造核磁共振条件的方法，学会利用示波器观察共振吸收信 号； （4）测量19F的g N因 子。 2.实验仪器 NM-Ⅱ型核磁共振 实验装置，水样品和聚 四氟乙烯样品。 探测装置的工作原理:图一中绕在样品上的线圈是边限震荡器电路的一部分，在非磁共振状态下它处在边限震荡状态（即似振非振的状态），并把电磁能加在样品上,方向与外磁场垂直。当磁共振发生时，样品中的粒子吸收了震荡电路提供的能量使振荡电路的Q值发生变化，振荡电路产生显著的振荡，在示波器上产生共振信号。
二、实验原理 （要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 原子核自旋角动量不能连续变化，只能取分立值即： P = 其中I 称为自旋量子数，I=0，1/2，1，3/2，2，5/2，…本实验涉及的质子和氟核 F 19 的自旋量子数I 都等于1/2。类似地原子核的自旋角动量在空间某一方向，例如z 方向的分量不能连续变化，只能取分立的数值 自旋角动量不为零的原子核具有与之相联系的核自旋磁矩， 其大小为： P 2M e g =μ 其中e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个由原子核结构决定的因子，对不同种类的原子核g 的数值不同，g 成为原子核的g 因子。由于核自旋角动量在任意给定的z 方向的投影只可能取（2I+1）个分立的数值，因此核磁矩在z 方向上的投影也只能取（2I+1）个分立的数值： 2M e g p 2M e g m z z ==μ 原子核的磁矩的单位为： 2M e N =μ 当不存在外磁场时，原子核的能量不会因处于不同的自旋状
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告 概述： 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的物理 现象，广泛应用于医学、化学、生物学等领域。本实验旨在通过核磁 共振技术对样品进行分析，并探索核磁共振的基本原理及其在实际应 用中的作用。 一、实验目的 通过核磁共振技术对给定的样品进行分析，了解核磁共振的基本原理，掌握核磁信号的产生和接收过程，熟悉核磁共振仪器的使用方法，并学习如何通过核磁共振实验获取样品的结构信息。 二、实验原理 核磁共振是指核自旋与外磁场相互作用时，通过能级跃迁释放或吸 收特定频率的电磁波的现象。核磁共振实验通常基于以下原理： 1. 核自旋：原子核具有自旋角动量，其有限取值通过量子数I（核 自旋量子数）表示。 2. 核磁矩：核自旋产生一个微弱的磁矩，其大小与核自旋有关。 3. 磁场效应：在外磁场B的作用下，核磁矩与磁场相互作用，使得 核磁矩沿磁场方向取向。 4. 共振吸收：通过外加射频场的共振吸收，核自旋能级发生跃迁， 吸收或辐射特定频率的电磁波。
三、实验步骤 1. 确定仪器状态：打开核磁共振仪器，检查温度、压力等参数是否正常。 2. 样品准备：制备待测样品，并将其放置在核磁共振仪器内。 3. 参数设置：设置磁场强度、扫描速度、射频场的频率和功率等参数。 4. 信号接收：开始记录核磁共振信号，并根据需要进行多次扫描以提高信噪比。 5. 数据处理：根据测量到的核磁共振谱图，进行数据分析和解释，得到样品的结构信息。 四、实验结果与讨论 通过核磁共振实验测得的结果如下： 1. 样品A的共振频率为f1，对应峰位为δ1。 2. 样品B的共振频率为f2，对应峰位为δ2。 3. 样品C的共振频率为f3，对应峰位为δ3。 通过对实验结果的进一步分析，我们可以得出以下结论： 1. 根据核磁共振信号的峰位差异，可以推断不同样品中核自旋的环境和化学结构的差异。
核磁共振类实验 实验报告
核磁共振类实验 实验报告 （一）核磁共振 （二）脉冲核磁共振与核磁共振成像
第一部分 核磁共振基本原理 1.核磁共振 磁共振是指磁矩不为零的原子或原子核在稳恒磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。如果共振是由原子核磁矩引起的，则该粒子系统产生的磁共振现象称核磁共振（简写作NMR ）;如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩提供的，则称电子自旋共振（简写ESR ）,亦称顺磁共振(写作EPR)；而由铁磁物质中的磁畴磁矩所产生的磁共振现象，则称铁磁共振（简写为FMR ）。 原子核磁矩与自旋的概念是1924年泡利（Pauli ）为研究原子光谱的超精细结构而首先提出的。核磁共振现象是原子核磁矩在外加恒定磁场作用下，核磁矩绕此磁场作拉莫尔进动，若在垂直于外磁场的方向上是加一交变电磁场，当此交变频率等于核磁矩绕外场拉莫尔进动频率时，原子核吸收射频场的能量，跃迁到高能级，即发生所谓的谐振现象。 研究核磁共振有两种方法：一是连续波法或称稳态法，使用连续的射频场（即旋转磁场）作用到核系统上，观察到核对频率的感应信号；另一种是脉冲法，用射频脉冲作用在核系统上，观察到核对时间的响应信号。脉冲法有较高的灵敏度，测量速度快，但需要快速傅里叶变换，技术要求较高。以观察信号区分，可观察色散信号或吸收信号。但一般观察吸收信号，因为比较容易分析理解。从信号的检测来分，可分为感应法，平衡法，吸收法。测量共振时，核磁矩吸收射频场能量而在附近线圈中感应到信号，则为感应法；测量由于共振使电桥失去平衡而输出电压的即为平衡法；直接测量共振使射频振荡线圈中负载发生变化的为吸收法。本实验用连续波吸收法来观察核磁共振现象。 2.核磁共振的量子力学描述 核角动量P 由下式描述， （1） 式中， η ρ)1(+=I I P π 2h =η