核磁共振实验报告
核 磁 共 振
实验仪器
FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪，包括永久磁铁、射频边限振荡器、探头、样品、频率计、示波器
实验原理
FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪采用永磁铁，0B 是定值，所以对不同的样品，通过扫频法调节射频场的频率使之达到共振频率0ν，满足共振条件，核即从低能态跃迁至高能态，同时吸收射频场的能量，使得线圈的Q 值降低产生共振信号。
由于示波器只能观察交变信号，所以必须使核磁共振信号交替出现，FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪采用扫场法满足这一要求。在稳恒磁场0B 上叠加一个低频调制磁场
)sin(t B m ?'ω，这个调制磁场实际是由一对亥姆霍兹线圈产生，此时样品所在区域的实际
磁场为)sin(0t B B m ?'+ω。
图1 扫场法检测共振吸收信号
(a)
由于调制场的幅值m B 很小，总磁场的方向保持不变，只是磁场的幅值按调制频率发生周期性变化，拉摩尔进动频率ω也相应地发生周期性变化，即
))sin((0t B B m ?'+?=ωγω （1）
这时只要射频场的角频率调在ω变化范围之内，同时调制磁场扫过共振区域，即
m m B B B B B +≤≤-000，则共振条件在调制场的一个周期内被满足两次，所以在示波器
上观察到如图（b ）所示的共振吸收信号。此时若调节射频场的频率，则吸收曲线上的吸收
峰将左右移动。当这些吸收峰间距相等时，如图（a ）所示，则说明在这个频率下的共振磁场为0B 。
如果扫场速度很快，也就是通过共振点的时间比弛豫时间小得多，这时共振吸收信号的形状会发生很大的变化。在通过共振点后，会出现衰减振荡，这个衰减的振荡称为“尾波”，尾波越大，说明磁场越均匀。
实验步骤
（一） 熟悉各仪器的性能并用相关线连接
实验中，FD-CNMR-I 型核磁共振仪主要应用五部分：磁铁、磁场扫描电源、边限振荡器（其上装有探头，探头内装样品）、频率计和示波器。仪器连线
（1） 首先将探头旋进边限振荡器后面板指定位置，并将测量样品插入探头内；
（2） 将磁场扫描电源上“扫描输出”的两个输出端接磁铁面板中的一组接线柱（磁铁面板上共有四组，是等同的，实验中可以任选一组），并将磁场扫描电源机箱后面板上的接头与边限振荡器后面板上的接头用相关线连接；
（3） 将边限振荡器的“共振信号输出”用Q9线接示波器“CH1通道”或者“CH2通道”，“频率输出”用Q9线接频率计的A 通道（频率计的通道选择：A 通道，即MHz Hz 1001--；FUNCTION 选择：FA ；GATE TIME 选择：1S ）;
（4） 移动边限振荡器将探头连同样品放入磁场中，并调节边限振荡器机箱底部四个调节螺丝，使探头放置的位置保证使内部线圈产生的射频磁场方向与稳恒磁场方向垂直； （5） 打开磁场扫描电源、边线振荡器、频率计和示波器的电源，准备后面的仪器调试。 （二） 核磁共振信号的调节
FD-CNMR-I 型核磁共振仪配备了六种样品：1——硫酸铜、2——三氯化铁、3——氟碳、4——丙三醇、5——纯水、6——硫酸锰。
（1）将磁场扫描电源的“扫描输出”旋钮顺时针调节至接近最大（旋至最大后，再往回旋半圈，因为最大时电位器电阻为零，输出短路，因而对仪器有一定的损伤），这样可以加大捕捉信号的范围；
示波器观察核磁共振信号
（2）调节边限振荡器的频率“粗调”电位器，将频率调节至磁铁标志的H 共振频率附近，然后旋动频率调节“细调”旋钮，在此附近捕捉信号，当满足共振条件0B ?=γω。时，可以观察到如上图所示的共振信号。调节旋钮时要尽量慢，因为共振范围非常小，很容易跳过。 因为磁铁的磁感应强度随温度的变化而变化（成反比关系），所以应在标志频率附近MHz 1±的范围内进行信号的捕捉。
（3）调出大致共振信号后，降低扫描幅度，调节频率“微调”至信号等宽，同时调节样品在磁铁中的空间位置以得到微波最多的共振信号。
（4）测量氟碳样品时，将测得的氢核的共振频率055.40577.42?÷，即得到氟的共振频率（例如：测量得到氢核的共振频率为20.000MHz ，则氟的共振频率为MHz MHz 815.18055.40577.42000.20=?÷）
。将氟碳样品放入探头中，将频率调节至磁铁上标志的氟的共振频率值，并仔细调节得到共振信号。由于氟的共振信号比较小，故此时应适当降低扫描幅度（一般不大于V 3），这是因为样品的弛豫时间过长导致饱和现象而引起信号变小。射频幅度随样品而异。下表列举了部分样品的最佳射频幅度，在初次调试时应注意，否则信号太小不容易观测。
部分样品的弛豫时间及最佳射频幅度范围
样品 弛豫时间（1T ）
最佳射频幅度范围
硫酸铜 约0.1mS 3—4V 甘油 约25mS 0.5—2V 纯水
约2S
0.1—1V
三氯化铁 约0.1mS 3—4V 氟碳 约0.1mS 0.5—3V 硫酸锰
约0.1mS
3—4V
实验数据结果
仪器参数
磁场强度 4915 GS H 共振频率 20925 KHz F 共振频率
19686 KHz
测量数据及处理结果 根据
样品 扫描频率（MHz ）
平均（
MHz ） g 因子
硫酸铜 20.60262 20.60239 20.60302 20.60268 5.499175 三氯化铁 20.60143 20.59799 20.60361
20.60101 5.498730 氟碳 20.60027 20.60479 20.60162 20.60223 5.499082 硫酸锰 20.60424 20.60270 20.60632 20.60442 5.499640 纯水 20.60125 20.60650 20.60499 20.60425 5.499594 甘油
20.60127 20.60290 20.60751
20.60389 5.499498
g 因子大小为5.499。
0B g h N N μν=
核磁共振成像图（硫酸铜）
3．观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象，并计算氟核的g因子
水样品的共振信号聚四氟乙烯的共振信号在实验过程中，调出聚四氟乙烯的共振信号比较麻烦，因为氟原子的共振信号比较弱，这一点可以由以上两幅图像对比可以看出，水样品的共振信号非常明显，而聚四氟乙烯的共振信号很弱。
在实验得到的聚四氟乙烯的共振频率为24.207MHz，00
00
346
26
1836
18361836
222
1836 6.021024.20710
927.4100.579
4.98
N N N B
B
B
h
h h hf
g
B B
ωγ
ω
γ
ω
γγ
πμπμπμμ
-
-
=
?=
?====
????
=
??
=
计算得到的氟的g因子为4.98
实验结论
这次实验通过扫频法观察氢核的核磁共振现象，并测量g因子。实验过程中，发现调节样品在磁铁中的空间位置时，扫描频率的尾数出现较大的变化，但对g因子的测量并无巨大的影响。调节边限振荡器的频率“粗调”电位器时，当频率调节至共振频率附近，图像会有明显的变化，出现大致的共振信号，然后旋动频率调节“细调”旋钮，在此附近捕捉信号，调节出较好的共振信号，最后降低扫描幅度，调节频率“微调”至信号等宽，同时调节样品
在磁铁中的空间位置以得到微波最多的共振信号。这样可以快速、准确地找到扫描频率，测得实验数据。
核磁共振实验报告
核磁共振实验报告 一、实验目的： 1．掌握核磁共振的原理与基本结构； 2．学会核磁共振仪器的操作方法与谱图分析； 3．了解核磁共振在实验中的具体应用； 二、实验原理 核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自选运动的原子核才具有磁矩。原子核的自选运动与自旋量子数I有关。I=0的原子核没有自旋运动。I≠0的原子核有自旋运动。 原子核可按I的数值分为以下三类： 1)中子数、质子数均为偶数，则I=0，如12C、16O、32S等。 2)中子数、质子数其一为偶数，另一为基数，则I为半整数，如： I=1/2；1H、13C、15N、19F、31P等； I=3/2；7Li、9Be、23Na、33S等； I=5/2；17O、25Mg、27Al等； I=7/2，9/2等。 3)中子数、质子数均为奇数，则I为整数，如2H、6Li、14N等。 以自旋量子数I=1/2的原子核（氢核）为例，原子核可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，可以有（2I+1）种取向： 氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）： a.与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2; b.与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;
正向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。两种进动取向不同的氢核之间的能级差：△E= μH0（μ磁矩，H0外磁场强度）。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。三、实验仪器 400MHz超导傅里叶变换核磁共振波谱仪 （仪器型号：AVANCE III 400） 四、仪器构造、组成 1)操作控制台：计算机主机、显示器、键盘和BSMS键盘。 计算机主机运行Topspin程序，负责所有的数据分析和存储。BSMS键盘可以让用户控制锁场和匀场系统及一些基本操作。 2)机柜：AQS（采样控制系统）、BSMS（灵巧磁体系统），VTU（控温单元）、 各种功放。 AQS各个单元分别负责发射激发样品的射频脉冲，并接收，放大，数字化样品放射出的NMR信号。AQS完全控制谱仪的操作，这样可以保证操作不间断从而保证采样的真实完整。BSMS：这个系统可以通过BSMS键盘或者软件进行控制，负责操作锁场和匀场系统以及样品的升降、旋转。3)磁体系统：自动进样器、匀场系统、前置放大器(HPPR)、探头。 本仪器所配置的自动进样器可放置60个样品。磁体产生NMR跃迁所需的
实验三_顺磁共振
实验三微波顺磁共振 电子自旋的概念是Pauli在1924年首先提出的。1925年,S.A.Goudsmit和 G.Uhlenbeck用它来解释某种元素的光谱精细结构获得成功。Stern和Ger1aok也以实验直接证明了电子自旋磁矩的存在。 电子自旋共振(Electron Spin Resonance)缩写为ESR，又称顺磁共振(Paramagnetic Resonance)。它是指处于恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场作用下发生的一种磁能级间的共振跃迁现象。这种共振跃迁现象只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，称为电子顺磁共振。1944年由前苏联的柴伏依斯基首先发现。它与核磁共振(NMR)现象十分相似，所以1945年Purcell、Paund、Bloch和Hanson等人提出的NMR实验技术后来也被用来观测ESR现象。 ESR己成功地被应用于顺磁物质的研究,目前它在化学、物理、生物和医学等各方面都获得了极其广泛的应用。例如发现过渡族元素的离子、研究半导体中的杂质和缺陷、离子晶体的结构、金属和半导体中电子交换的速度以及导电电子的性质等。所以：ESR也是一种重要的近代物理实验技术。 ESR的研究对象是具有不成对电子的物质，如(1)具有奇数个电子的原子，象氢原子； (2)内电子壳层未被充满的离子，如过渡族元素的离子；(3)具有奇数个电子的分子，如NO； (4)某些虽不含奇数个电子，但总角动量不为零的分子，如O2；(5)在反应过程中或物质因受辐射作用产生的自由基；(6)金属半导体中的未成对电子等等，通过对电子自旋共振波谱的研究，即可得到有关分子、原子或离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息，从而得到有关的物理结构和化学键方面的知识。 “电子自旋共振”与“核磁共振”的不同点在于电子磁矩较核磁矩大三个数量级，因此在实验中，若二者的共振频率大致相同，则电子自旋共振所需的外加静磁场要小得多，由螺线管产生就够了。 用电子自旋共振方法研究未成对的电子，可以获得其它方法不能得到或不能准确得到的数据。如电子所在的位置，游离基所占的百分数等等。 一、实验目的： 1.了解顺磁共振的基本原理。
最新核磁共振实验报告
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 核磁共振 实验报告
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态而不同。通常把B 的方向规定为z 方向，由于外磁场B 与磁矩的相互作用能为： B B P B B E z z m γγμμ-=-=-=?-= 核磁矩在加入外场B 后，具有了一个正比于外场的频率。量子数m 取值不同，则核磁矩的能量也就不同。原来简并的同一能级分裂为(2I+1)个子能级。不同子能级的能量虽然不同，但相邻能级之间的能量间隔 却是一样的，即： B E γ=? 而且，对于质子而言，I=1/2，因此，m 只能取m=1／2和m= -1/2两个数值。简并能级在磁场中分开。其中的低能级状态,对应E 1=-mB ，与场方向一致的自旋，而高的状态对应于E 2=mB ，与场方向相反的自旋。当核自旋能级在外磁场B 作用下产生分裂以后，原子核在不同能级上的分布服从玻尔兹曼分布。 若在与B 垂直的方向上再施加一个高频电磁场（射频场），且射频场的频率满足一定条件时,会引起原子核在上下能级之间跃迁。这种现象称为共振跃迁（简称共振）。 发生共振时射频场需要满足的条件称为共振条件： B π γν2= 如果用圆频率ω=2πν 表示，共振条件可写成：B γω=
核磁共振实验报告
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
核磁共振实验报告
应物0903班 核磁共 振实验报告 王文广U8 苏海瑞 U8
核磁共振实验报告 一、实验目的 1．了解核样共振的基本原理 2．学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的g 因子的方法 二、实验内容 1．在加不同大小扫场情况下仔细观察水样品的核磁共振现象，记录每种情况下的共振峰形和对应的频率 2．仔细观察和判断扫场变化对共振峰形的影响，从中确定真正能应永久磁铁磁场0B 的共振频率，并以此频率和质子的公认旋磁比值 ()267.52MHz /T γ=计算样品所在位置的磁场0B 3．根据记录的数据计算扫场的幅度 4．研究射频磁场的强弱对共振信号强度的影响 5．观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象，并计算氟核的g 因子 三、实验原理 1．核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩j μ和总角动量j P 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=-==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 μ和自旋角动量j P 也存在如下关系 22N I N I N I I p e g P g P P m h πμμγ=-== 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 0B 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0B 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。如图，
核磁共振成像实验报告
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
磁共振实验报告
近代物理实验题目磁共振技术 学院数理与信息工程学院 班级物理082班 学号08220204 姓名 同组实验者 指导教师
光磁共振实验报告 【摘要】本次实验在了解如光抽运原理，弛豫过程、塞曼分裂等基本知识点的基础上，合理进行操作，从而观察到光抽运信号，并顺利测量g因子。 【关键词】光磁共振光抽运效应塞曼能级分裂超精细结构 【引言】光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转，成了发明激光器的先导，所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计，也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、基本知识 1、铷原子基态和最低激发态能级结构及塞曼分裂 本实验的研究对象为铷原子，天然铷有两种同位素；85Rb（占72．15%）和87Rb（占27．85%）．选用天然铷作样品，既可避免使用昂贵的单一同位素，又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号．铷原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示．在磁场中，铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂．标定这些分裂能级的磁量子数m F=F，F－1，…，－F，因而一个超精细能级分裂为2F＋1个塞曼子能级． 设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF，μF与外磁场B0相互作用的能量为 E＝－μF·B0＝g F m FμF B0（1） 这正是超精细塞曼子能级的能量．式中玻尔磁子μB＝9．2741×10－24J·T－1 ，朗德因子g F= g J [F(F+1)+J(J+1)－I（I＋1）] ? 2F（F＋1）（2） 图1 其中g J= 1+[J(J+1)－L(L+1)+S（S＋1）] ? 2J（J＋1）（3） 上面两个式子是由量子理论导出的，把相应的量子数代入很容易求得具体数值．由式（1）可知，相邻塞曼子能级之间的能量差 ΔE＝g FμB B0（4） 式中ΔE与B0成正比关系，在弱磁场B0＝0，则塞曼子能级简并为超精细结构能级．
脉冲-核磁共振实验-13页
脉冲核磁共振实验 核磁共振技术来源于1939年美国物理学家拉比（I.I.Rabi ）所创立的分子束共振法，他使用这种方法首先实现了核磁共振这一物理思想，精确德测定了一些原子核的磁矩，从而获得了1944年度的诺贝尔物理奖.此后,磁共振技术迅速发展,经历了半个多世纪的而长盛不衰,孕育了多个诺贝尔奖获得者,它还渗透到化学、生物、医学、地学和计量等学科领域,以及众多的生产技术部门,成为分析测试中不可缺少的实验手段. 所谓核磁共振,是指磁矩不为零的原子核处于恒定磁场中,由射频或者微波电磁场引起塞曼能级之间的共振跃迁现象.核磁共振现象具有其特点,因此,我们先介绍一些核磁共振的基础知识. 一、核磁共振基础知识 1． Bloch 方程: 1946年Bloch 采用正交线圈感应法观察水的核磁共振信号后就根据经典理论力学推导出Bloch 方程建立核磁共振的唯象理论。长久以来大量的实验表明Bloch 方程在液体中完全精确，同时还发现Bloch 方程在其他能级跃迁理论也高度吻合，比如激光的瞬态理论中Bloch 方程同样适用。所以Bloch 方程已经超越了半经典的陀螺模型，现在已经推广到磁共振以外的能级跃迁系统。在激光物理中采用密度矩阵和Maxwell 方程组推导出Bloch 方程又称为Maxwell-Bloch 方程(有的书称为FHV 表象理论)。所以Bloch 方程促进了量子力学的发展是非常重要的公式。由于Maxwell-Bloch 方程推导涉及高等量子力学和量子电动力学等复杂的理论和繁琐的数学基础所以本文采用Bloch 半经典的唯象理论。 （1）半经典理论: 将原子核等效为角动量为 L 的陀螺和具有磁矩为L γμ=磁针。其中γ称为旋磁比。 原子核在外磁场作用下受到力矩 B T ?=μ (1) 并且产生附加能量 B E ?=μ (2) 根据陀螺原理 T dt L d =和L γμ=得 B dt d ?=μγμ (3) 其分量式 )()() (y x x y z x z z x y z y y Z x B B dt d B B dt d B B dt d μμγμμμγμμμγμ-=-=-= (4) （2）驰豫过程: 驰豫过程是原子核的核磁矩与物质相互作用产生的。驰豫过程分为纵向驰豫过程和横向驰豫过程。 纵向驰豫： 自旋与晶格热运动相互作用使得自旋无辐射的情况下按)T t exp(1 - 由高能级跃迁至低
低场核磁共振技术在水泥基材料研究中的应用及展望_孙振平
低场核磁共振技术在水泥基材料研究中的应用及展望* 孙振平1,俞 洋1,庞 敏1,杨培强2,俞文文2,曹红婷2 (1 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海200092;2 上海纽迈电子科技有限公司,上海200333)摘要 阐述了低场核磁共振技术在水泥基材料研究中的应用现状,认为现有的研究主要集中于水泥水化进程和水在硬化浆体中的扩散特征,也包括对硬化水泥浆体孔结构和比表面积的测试。分析了低场核磁共振技术在实际应用中面临的挑战,展望了该技术在新拌水泥浆体结构性能研究中的应用前景。 关键词 低场核磁共振 孔径分布 横向弛豫时间 硬化水泥浆体中图分类号:T Q172 文献标识码:A A pplications and Outlook of 1 H Low Field NM R Probing into Cement based M at erials SUN Zhenping 1,YU Yang 1,PAN G M in 1,Y ANG Peiqiang 2,YU Wenw en 2,CAO H ongting 2 (1 K ey L abo rato ry of A dv anced Civil Eng ineering M aterials,M inistry of Educatio n,T o ng ji U niversit y, Shang ha i 200092;2 Shanghai N iumag Co rpor atio n,Shanghai 200333)Abstract T he cur rent applications o f lo w f ield N M R in cement based mater ials ar e demo nstr ated.It is found that researches are focused o n cement hydration and w ater diffusio n in har dened cement paste,as well as por e size dis tributio n and specific surface area o f hy dr ated cement paste.Challenges in the curr ent resear ch are analyzed and the fu tur e applications of low field N M R in r esear ch o n fr esh cement paste are fo recast. Key words low field nuclear mag net ic r eso nance,por e size distributio n,tr ansver se relaxation time,hydrated cement paste *国家973基础研究项目(2009CB623104 5) 孙振平:男,1969年生,博士,副教授 T el:021 ******** E mail:g rtszhp@https://www.360docs.net/doc/3e37406.html, 自1945年美国物理学家Bloch 和Purcell 发现核磁共振现象以来,核磁共振作为一种重要的现代分析手段已广泛应用于多个领域,如物质结构分析、医学成像和油气资源的勘探等[1]。低场核磁共振分析仪采用价格低廉的钕铁硼永磁材料作为场源,大大降低了仪器制造成本和运行成本,进一步扩展了核磁共振技术的应用。近年来,低场核磁共振技术的应用已逐步从生命科学、地球物理等领域扩展到水泥基材料领域,该方法可在不破坏样品的前提下,利用水分子中质子的弛豫特性研究水泥基材料中水的含量及其分布的变化,具有快速、连续和无损的优势[2]。然而,由于低场核磁共振技术在水泥材料研究中的应用刚刚起步,尚面临许多亟待解决的问题,本文就低场核磁共振技术应用于水泥基材料研究的现状进行归纳评述,并就其发展趋势,尤其是低场核磁共振技术应用于新拌的水泥浆体结构研究的前景进行了展望,希望对该方向研究有所裨益。 1 低场核磁共振的应用 硬化水泥浆体由C S H 凝胶、CH 晶体、AFt 晶体、未水化的水泥颗粒以及毛细孔、水分等组成。M cDonald 等[3]将硬化水泥浆体中的水分为结合水、凝胶孔水和毛细孔水。结合水是与C S H 凝胶发生化学结合的水,纵向弛豫时间T 1大于100m s,横向弛豫时间T 2约为10 s;凝胶水是指在凝胶孔中的水,是C S H 凝胶的组成部分,由于其与凝胶孔壁的强烈作用,T 1和T 2在0.5~1m s 之间;毛细孔水的弛豫时间在5~10m s 范围内。除此之外,还可以将硬化浆体中的水分为自由水、物理结合水和化学结合水[4] 。自由水和物理结合水的横向弛豫时间通常为0.1~10ms [2,5],可以采用NM RD 将孔中的自由水和物理结合水分开[3];化学结合水的横向弛豫时间通常小于100 s,Jehng [4]将水泥浆体样品置于110 的烘箱中48h,以移除自由水和物理结合水,然后测得其表观横向弛豫时间为12 s 。研究表明[6-8],采用Carr Purcell M eiboom Gill(CPM G)序列测试时,水泥浆体第一自旋回波幅度正比于自由水和物理结合水氢核总量。 目前,低场核磁共振技术用于水泥浆体孔结构和硬化浆体比表面积的测试已比较成熟,也开始用于研究水泥水化进程和硬化浆体中水的扩散。 1.1 水泥水化进程 水泥的水化包括初始反应期、诱导期、加速期和减速期。研究发现,水泥浆体的T 1和T 2随水化的进行而逐渐减小, 其中T 1能够反映出水化的不同阶段,即在诱导期和减速期的减少比较缓慢,而在加速期的减小比较快速 [9-13] 。但是,
核磁共振成像实验报告
核磁共振成像实验 【目的要求】 1.学习和了解核磁共振原理和核磁共振成像原理； 2.掌握MRIjx 核磁共振成像仪的结构、原理、调试和操作过程； 【仪器用具】 MRIjx 核磁共振成像仪、计算机、样品（油） 【原 理】 磁共振成像（MRI ）是利用射频电磁波（脉冲序列）对置于静磁场B 0中的含有自旋不为零的原子核（1H ）的物质进行激发，发生核磁共振，用感应线圈检测技术获得物质的组织驰豫信息和氢质子密度信息（采集共振信号），用梯度磁场进行空间定位、通过图像重建，形成磁共振图像的方法和技术。 具体的讲，核磁共振是利用核磁共振现象获取分子结构、样品内部结构信息的技术。当具有自旋的原子核的磁矩处于静止外磁场中时会产生进动和能级分裂。在交变磁场作用下，自旋的原子核会吸收特定频率的无线电射频电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。在停止射频脉冲后，原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被物体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就是做核磁共振成像过程。 MRI 的特点： ● 具有较高的物质组织对比度和组织分辨力，对软组织分辨率极佳，能清晰地显示软组织、软骨结构，解剖结构和医学上的病变形态，显示清楚、逼真。 ● 多方位成像，能对被检查部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像。 ● 多参数成像，获取T 1加权成像（T 1W1）：T 2加权成像（T 2W2）、质子密度加权成像(PDW1)，在影像上取得物质的组织之间、组织与变化之间T 1、T 2和PD 的信号对比，在医学上对显示解剖结构和病变敏感。 ● 能进行形态学、功能、组织化学和生物化学方面的研究。 ● 以射频脉冲作为成像的能量源，不使用电离辐射，对人体安全、无创。 一、核磁共振原理 产生核磁共振信号必须满足三个基本条件：（1）能够产生共振跃迁的原子核；（2）恒定的静磁场（外磁场、主磁场）B 0；（3）产生一定频率电磁波的交变磁场，射频磁场（RF ）；即：“核”：共振跃迁的原子核；“磁”：主磁场B 0和射频磁场RF ；“共振”：当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量，发生能级间的共振跃迁。 1. 原子核的自旋和磁矩 原子核由质子和中子组成，原子核有自旋运动，可以粗略的理解为原子核绕自身的轴向高速旋转的运动，对应有确定的自旋角动量，反映了原子核的内禀特性。自旋的大小与原子核中的核子数及其分布有关，质子数和中子数均为偶数的原子核，自旋量子数I=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。原子核自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I 决定， )(1+=I I l I 。 原子核具有电荷分布，自旋时形成循环电流，产生磁场，形成磁矩，磁矩的方向与自旋角动量方向一致，大小I P γγμ==，P 是角动量，γ是磁旋比，等于
三维脉冲核磁共振
实验 三维脉冲核磁共振成像 1934年拉比等人采用分子束磁共振方法，首次观察到核磁共振现象,成为诺贝尔奖得主。1946年Bloch 和Purcell 分别采用交叉线圈感应法和吸收法，在石蜡和水样品中观察到质子的核磁共振感应信号。这两个团队近乎同时独立完成在凝聚态物质中发现核磁共振，精确测定核磁矩和磁场强度的研究。从而共同荣获1952度诺贝尔物理奖。 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance ，NMR 、），是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging ，NMRI ），是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。 在物理学方面，利用NMR 可以研究原子核的结构和性质，凝聚体相变，弛豫过程和临界现象等。在精细化工方面，NMR 技术可以研究高分子材料的结构和多种化学反应的过程。在生物医学领域，利用NMR 可以研究生物组织的组成和生化过程。医学诊断可利用NMR 成像法研究血管和器官损伤，肿瘤结构病变等。在地质学领域，NMR 可以用来探测地下水和地下的油层，燃气和矿物岩层结构。 核磁共振的物理基础是原子核的自旋。原子核不仅是一个带电的力学体系，而且也是核自旋与外电子轨道运动相互作用的结果。而原子核的自旋是质子和中子自旋之和，只有质子数和中子数两者或者其中之一为奇数时，原子核具有自旋角动量和磁矩。这类原子核称为磁性核，只有磁性核才能产生核磁共振。磁性核是核磁共振技术的研究对象。 一、实验目的 1.了解核磁共振的实验原理。 2.通过实验掌握三维脉冲NMR 波谱仪操作和仪器工作原理。 3.采用了解一维成像的原理，理解梯度场在成像中的作用。 4.了解二维成像的原理。 5.了解三维成像的原理。 二、实验原理 1. 具有自旋的原子核，其自旋角动量P 为 )1(+=I I P （1） （1）式中，I 为自旋量子数，其值为半整数或整数，由核性质所决定。π2h = ，h 为普朗克常数。自旋的核具有磁矩μ，μ和自旋角动量P 的关系为 P γμ＝ （2） （2）式中，γ为旋磁比。 在外加磁场00=B 时，核自旋为I 的核处于)12+I （度简并态。外磁场00≠B 时，角动量P 和磁矩μ 绕0B (设为z 方向）进动，进动角频率为： 00B γω= （3） （3）式称为拉摩尔进动公式。拉摩尔进动公式可知，核磁矩在恒定磁场中将绕磁场方向作进动，进动的角频率0ω取决于核的旋磁比γ和磁场磁感应强度0B 的大小。
[核磁共振波谱学讲义]第三章—NMR实验技术基础(4脉冲技术)
第三章 NMR 实验技术基础 4 脉冲技术 a 频偏效应(off-resonance effects) 由于射频场为单色波，而样品中的化学位移有一定的范围，因此不同的核感受到的有效场也不同。 (1) 脉冲作用对象为Z 磁化向量 在off-resonance 状态，相位y 的脉冲作用于平衡态的z 磁化向量后： M M M M M M x y z ==-=+000221sin sin ; (cos )sin cos ;(cos cos sin ) αθαθθθαθ 当频偏大时有明显的相位及强度的畸变： tan (cos )cos sin (cos )sin sin βαθ α αθαγ= = -=-? -M M B y x 111Ω
这个式子适合于分析相位与频偏的关系。 当频偏不大于射频场频率时，90度脉冲后的水平分量的相位与频偏基本上是线性关系， βγτγττπ = -=-= -ΩΩΩ B B 190190902 因此不太大的频偏下，实际的90度脉冲可以当成理想的90度脉冲，后跟一 段演化期，时间长度为ττπ =290 相比之下，有频偏时180度脉冲的效果要差的多，通常需要其他技术来弥补。 90度脉冲的激发曲线的第一个零点位于Ω=±151γB 180度脉冲的激发曲线的第一个零点位 于Ω=±31γB 如蛋白质中C α的化学位移平均在 56ppm 左右,而CO 的化学位移在174ppm 左右，若要激发其中之一同时对另一个影响最小，180度方波的功率应选择为 118125673 8562?=. Hz ,对应的脉冲宽度大约58.4μs. (2) 脉冲作用对象为水平磁化向量(nonresonant effects) 频偏较大时射频场的有效磁场接近Z 向，因此横向磁化向量在脉冲期间绕Z 轴有额外的进动，产生相移：φωτNR p t =<>122()Ω 此处<>对脉冲串作平均，在多维谱中当τp 随间接维时间变化时（如去偶序列），这个相 移在对应的间接维中表现为一个频移ωωNR t = <>122()Ω
核磁共振实验报告电子版
核磁共振实验报告 04级11系姓名：徐文松学号：PB04210414 日期：2006.05.12 CONTENTS OF THIS REPORT （Click while press CTRL to locate it） return 核磁共振 return 1．观察核磁共振稳态吸收现象； 2．掌握和磁共振基本试验原理和方法； 值和g因子。 3．测量1H和19F的 return 1．核自旋
原子核具有自旋，其自旋角动量为 h I I p )1(1+= 其中I 是核自旋量子数，其值为半整数或整数。当质子数和质量数均为偶数时，I=0，当质量数为偶数而质子数为奇数时，I=0,1,2…，当质量数为奇数时，I=2n （n=1，3,5…）． 2． 核磁矩 原子核带有电荷，因而具有子旋磁矩，其大小为 )1(211+==I I g p m e g N N μμ N N m eh 2=μ 式中g 为核的朗德因子，对质子，g ＝5.586，N m 为原子核质量，N μ为核磁子，N μ＝ 227100509.5m A ??-，令 g m e N 2= γ 显然有 I I p γμ= γ称为核的旋磁比。 3． 核磁矩在外磁场中的能量 核自旋磁矩在外磁场中会进动。进动的角频率 00B γω= 0B 为外恒定磁场。 ４．核磁共振 实现核磁共振，必须有一个稳恒的外磁场 O B 及一个与O B 和总磁矩m 所组成的平面相垂直的旋转磁场1B ，当1B 的角频率等于0ω时，旋转磁场的能量为E h ?=0ω，则核吸收此旋转磁场能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振。 此时应满足
00B h g h E N μω==? 00B γω= h 为普朗克常数。 改变O B 或ω都会使信号位置发生相对移动，当共振信号间距相等重复频率为f π4时，表示共振发生在调制磁场的相位为02=ft π，π，π2，… 此时，若已知样品的γ，测出对于能够的射频场频率ν，即可算出O B 。反之测出O B ，可算出γ和g 因子。 本次实验的装置包括电磁铁、边限振荡器、探头及样品、频率计、示波器及移相器等。 return 1． 观察1()H 的核磁共振信号（图像见原始数据）: (1) 固定电压调节射频场的频率 如图组一所示，当ω改变时，共振磁场 γω=B 也就发生改变，因此相邻峰的间距改变， 而相隔的两个峰间距不变。 f关于低场核磁共振采购的一些看法
关于低场核磁共振采购的一些看法 核磁共振成像系统（以下简称核磁）随着时代的发展，其技术水平和临床应用能力越来越高，而其生产成本和市场售价却越来越低，这为大规模的工业化生产和普及型的临床应用带来了可能。在西方国家，磁共振的检查因其与CT检查相比无辐射伤害而成为常规检查和早期肿瘤普查的首选手段。在国内，也有越来越多的医院拥有或正在考虑购买磁共振。特别是因资金条件和病员量少的医院，多数采购低场核磁共振。下面，就低场核磁的有关情况谈一下个人看法，供参考： 在磁共振中，磁场强度在0.1T-0.5T之间的称为低场核磁.按磁场条件又可分为三种：永磁型、超导型和常导型。又可分为开放和非开放型两类。因低场超导型运行费用高和技术特点不突出且在市场上很少就不再介绍。 永磁型：是采用人工合成材料在电磁场中充磁后做成小磁体再经过有序堆积形成磁场。其特点是材料简单，可采用减少磁间距降低开放度来提高主磁场强度（如日立能做到0.4T，这也是永磁设备厂家卖点最重要的一点。但国外的高场强开放式0.6/0.7T磁共振都采用超导）制造工艺难度小成本较低而销售价格低(销售型式也很好,分期\卖方信贷\投资或合作经营都可以),安装简单,一经成型匀场不需再调整.所以,它特别适合于像中国这样的发展中国家生产和普及运用.据不完全统计,自1990年以来,国内有超过18家企业在生产,如安科、威达、东软和近年新加入的三九、迈迪特、鑫高益等。在国内市场投放可能超过千台（没见过在国外医院大量使用的报道）。在国际上，近年来生产并在国内销售的只有日立0.2T、0.3T和0.4T（原装进口），西门子0.2T（原装进口），GE 0.35T（原装进口），而西门子迈迪特0.35T和所有的国产机一样都是采用国产磁体，外购梯度线圈，射频系统等进口件拼装而成。 常导型：1992年，原马可尼公司芬兰工厂研发了具有独家专利的ESR电子自旋稳态磁场技术和垂直磁场相控阵技术，一举突破原来常导核磁的立磁时间和耗电量大的技术瓶颈（在原来的教科书里所举例安装在广州南方医院西门子常导核磁的问题就在此），使常导型核磁共振在临床上应用得到实现。其优质图像，全面的临床功能，先进的技术，优良的制造工艺和可靠稳定的质量很快被用户接受。（西门子公司在2000年以前，也得以使用马可尼这两项技术生产并销售常导型核磁共振，直至飞利浦收购马可尼公司收回专利为止，不能生产常导而转产其并不成功的永磁型）至2000年，国外医院的使用量突破600台。1995年，全亚洲第一台开放式核磁共振马可尼outlook0.23T（第一代机型，现已发展到第四代Panorama/Proview）被引进中国，安装在合肥市第二人民医院。这台机器已正常使用到今天，仍然保持了装机时的优良图像，开机率近100%。在核磁设备中磁场强度的大小是和二磁极的距离成反比的（只针对开放式磁场，高场超导型不同），磁极离的越近，磁场强度越大。不考虑磁极间距而单比磁场大小是无意义的，而且，水分子的共振频率约为10兆赫，恰与我们的核磁共振频率0.23X41兆赫的相近，共振效果最好。这也就是这么多年来，飞利浦一直生产0.23T的最主要原因。在国内，有包括著名的天坛医院、天津医院、浙江省人民医院、山东省人民医院等五十多家用户，算上西门子公司的常导型核磁几十家用户，常导型核磁是原装进口低场核磁共振（包括永磁和低场超导）市场占有率最高的机型。常导型核磁近百台市场占有率确实不能和国产18家生产的过千台机器占有量相比。但是，我们的几十台机器不论装机时间长短，都正在临床一线正常使用，而在国内市场上投放过千台这种型号的永磁型核磁共振能在临床上正常使用超过4年的有多少台呢？
核磁共振实验报告
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态而不同。通常把B 的方向规定为z 方向，由于外磁场B 与磁矩的相互作用能为： B B P B B E z z m γγμμ-=-=-=?-= 核磁矩在加入外场B 后，具有了一个正比于外场的频率。量子数
脉冲核磁共振实验
近代物理实验-核磁共振 实验目的： (1)了解核磁共振原理 (2)学习使用核磁共振测量软件 实验原理： 核具有自旋角动量p ，根据量子力学p 的取值为： p=?)1( I I (1) 式中?=h/2π，h 为普朗克常数，I 为自旋量子数，其取值为整数或半整数即0,1,2,…或 1/2,3/2,…。若原子质量数A 为奇数，则自旋量子数I 为半整数，如1H(1/2), 15N(1/2), 17O(5/2), 19F(1/2)等；如A 为偶数,原子序数Z 为奇数，I 取值为整数，如21H(1), 147N(1), 105B(3) 等；当A 、Z 均为偶数时I 则为零，如126C, 168O 等。 核自旋角动量p 在空间任意方向的分量（如z 方向）的取值为： p z = m ? (2) m 的取值范围为-I…I，即-I ，-（I-1），…，（I-1），I 。 原子核的自旋运动必然产生一微观磁场，因此称原子核具有自旋磁矩μ，它与自旋角动量p 的关系为： μ = γ p (3) γ称为旋磁比，γ与原子核本身性能有关，它的数值可正可负。 与自旋角动量一样，自旋磁矩在外加磁场方向的分量值也是量子化的 μz = γ ? m (4) 与p 一样的取值范围一样，m 的取值范围也是 -I…I。对质子1H ，I=1/2, m 的取值为-1/2 和1/2。 核磁矩在外磁场B 0中将获得附加能量 E m =-μz B 0=-γ ? mB 0 (5) 以质子为例，其m 的值为1/2与-1/2，从而在外磁场作用下核能级分裂成两个能级，其能级差ΔE 为 ΔE=γ ? B 0 (6) 如果此时在与B 0垂直方向再加上一个频率为ν的交变磁场B 1，此交变磁场的能量量子为h ν，则当h ν=ΔE 时就会引起核能态在两个分裂能级间的跃迁，即产生共振现象。此时
核磁共振实验报告
关于核磁共振现象的实验研究与讨论 崔泽轮0942024018 物理学院核工程与核技术专业 摘要：利用连续波法观察了核磁共振现象，测定了H核的核磁共振频率，计算了H核的核磁共振参数，研究了H核在扫场频率和振荡幅度分别作用下的饱和现象。 关键词：核磁共振；共振频率；共振信号；饱和现象；匀强磁场 引言 核磁共振是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中，由电磁波引起的共振跃迁现象。1945年12月，珀塞尔等人首先在石蜡样品中观察到核磁共振吸收信号，之后核磁共振领域得到广泛关注，许多物理学家进入这个领域，并取得了丰硕成果。目前，核磁共振技术已经广泛应用于物理、化学、生物、医学等各个领域并发挥着日益重要的作用。它在测定原子核磁矩以及研究原子核结构方面是直接而且准确的方法，也是精确测量磁场的重要方法之一。 虽然产生核磁共振的原理是相同的，但对核磁共振现象的观察与研究的试验方法却有很多，其中连续波的方法易于操作和观察[1]，结果直观易得，故本实验采用这种方法。关于实验原理，本实验并不深究。本实验重点在于观察核磁共振现象，并验证核磁共振原理的若干相关推论，而后对实验中的一些现象作一些分析和讨论，探明这些现象的原因。 1 实验部分 1.1 使用试剂 本实验主要探究H原子核，即质子，在不同化学环境中的共振现象，以及F核在原子状态下的核磁共振现象。关于H核，实验试剂选择了五种：1％的Mn Cl2溶液、1％的CuSO4溶液、1%的FeCl3溶液三种试剂属于弱酸性，且酸性依次增强；纯水呈中性；丙三醇属于有机物。关于F核，实验选择以原子状态存在的F为研究对象。 2.2 实验方法 本实验采用连续波的方法。首先有用此帖产生一个恒定匀强磁场B01，再由扫场线圈在B01上叠加一个旋进磁场B02= Asinω0t叠加后的匀强磁场为B0=B01+Asinω0t，即其在一定范围内做正弦运动。有信号检测器在探头内产生一个与B0垂直的正弦运动的磁场B1=2Asinω0t 其中B1的角频率ω可调。设Bω=ω/γ,则每当B1在运动过程中扫过Bω时，产生一次共振。故共振现象随扫场频率周期性发生。由示波器可观察共振信号。 1.3 设备与规格 ZKY-HG-Ⅱ型专业级边限振荡器核磁共振实验仪：包括边限振荡器、频率计、扫场电源部分、信号检测器以及匀强磁场等部分构成。其中边限振荡器用以产生横向磁场B1；频率计用以调节和显示信号检测器振荡线圈中的信号频率大小和信号幅度；扫场电源部分用以在匀强磁场B01上叠加一个旋进磁场B02，用以控制共振周期性发生，从而减小饱和对信号强度的影响；信号检测器是对振荡线圈频率控制和对试剂共振信号的检测和处理的装置；匀强磁场由两块永磁铁产生。 数字双踪示波器，用以观测共振信号。 1.4实验过程 1.4.1 观察硫酸铜中H核的共振图像