低场核磁共振检测技术

核磁共振技术及应用-综述

核磁共振技术及应用-综述-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

核磁共振技术及应用 学号：2011201373 姓名：杨海源 摘要:综述核磁共振技术的基本原理与优势以及该技术作为一种检测分析手段在生物医药、食品、化工业中的应用进展。核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 是以原子核自旋的共振跃迁为探测对象的谱学方法。其最基本原理是，原子核在磁场中受到磁化， 自旋角动量发生进动，当外加能量（射频场）与原子核震动频率相 同时，原子核吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号。此方法专属性强、准确快捷, 可与其它方法相互补充, 用于诸多环节且有很 好的应用前景。但在实际的应用中也还存在一些问题, 有待于进一步深入研究。 关键词:核磁共振技术，NMR，生物，食品，石油，分析，检测 Abstract The technology of nuclear magnetic resonance( NMR ) applying in biological medicine,food,chemical industry detection at home and abroad was summarized. The most basic principles of nuclei by magnetized in a magnetic field , the spin angular momentum precession , plus energy nuclei vibration frequency at the same time , the nuclei absorb energy level transition occurs , resonance absorption signal. According to current situation, it has some advantages in food detect ion such as fastness, accuracy, intactness. However, there are still some shortcomings, and we should further research to solve them in future. 1.前言

利用低场核磁共振技术检测水产品中水分含量的方法与设计方案

本技术公开了一种利用低场核磁技术检测水产品中水分含量的方法；利用低场核磁共振技术结合干燥失重法测定水分含量，并通过核磁弛豫数据与水分含量构建样品水分含量的预测模型，实现对未知水分含量的水产品进行水分含量预测。本技术在不受样品表面物质的影响下，快速准确的测量样品中的水分含量，有效的解决了效果差、耗时长的传统水产品水分含量测定方法等问题。为水产品加工企业的原料品质控制、水产品研究提供了重要技术支撑。扩大了低场核磁共振技术在水产品检测和研究中的应用范围，推动了低场核磁共振技术的发展前景。本技术可以达到快速无损害的目的，实现了水产品水分含量的快速检测。 权利要求书 1.一种利用低场核磁共振技术检测水产品中水分含量的方法，其特征在于，包括步骤： S1、低场核磁分析：取待测水产品，进行低场核磁共振分析，利用CPMG脉冲序列法收集核磁共振回波信号，每次重复采集3次信号，利用多指数拟合得到的横向弛豫数据； 其中，采样参数设置为：90度脉宽P1：12～15us，180度脉宽P2：25～28us，重复采样等待时间Tw：0.01～10000ms，模拟增益RG1：10，数字增益DRG1：3，前置放大增益PRG：2，NS：4，NECH:700～1000，接收机带宽SW:100KHz，开始采样时间的控制参数 RFD:0.08ms，时延DL1：0.386～0.38728ms； S2、样品称量：使用105℃烘干恒重法测定经过步骤S2低场核磁分析后的水产品的水分含量，作为实际值； S3、建立模型：根据步骤S1所述横向弛豫数据和步骤S2所述水分含量，利用偏最小二乘法PLSR，通过The Unscrambler软件建立待测水产品的水分含量PLSR预测模型； S4、评价模型：根据步骤S3所述水分含量PLSR预测模型，采用相关系数Rcal2和Rcv2评价建立的模型；

实验四 核磁共振实验

核磁共振实验报告指导书 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、实验装置 示波器、边限振荡器、频率计、电源、样品、扫场线圈、永久磁铁、频率计 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 g P g P P m h πμμγ=-== e B e e m μγ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， 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0B 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 =0m B t ω，0= 2B h h γνπ ，0B 的值便可

低场核磁共振技术研究超高压处理对乳化肠质构和水分分布的影响_杨慧娟

Science and Technology of Food Industry 研究与探讨 低场核磁共振技术研究超高压处理对 乳化肠质构和水分分布的影响 杨慧娟1，于小波1，胡忠良2，王 林3，邹玉峰1，徐幸莲1，周光宏1，* （1.南京农业大学肉品加工与质量控制教育部重点实验室，江苏南京210095； 2.无锡华顺民生食品有限公司，江苏无锡214218； 3.江苏大学食品与生物工程学院，江苏镇江212013） 摘 要：目的：通过对高压结合热处理的乳化肠质构及其复合热凝胶体系中水分子状态分布的相关性研究，从水分子 弛豫特性变化的角度揭示高压处理改善乳化肠质构特性的原因。方法：以低温乳化香肠为实验材料，研究不同压力处 理组乳化肠的硬度和剪切功、水分子T 2弛豫特性以及各指标之间的相关性。结果：与未高压组相比，随着压力增大，高压乳化肠硬度先增加后减小，而剪切功持续减小；低场核磁工作（NMR ）T 2弛豫测定结果表明高压处理对凝胶体系中 不易流动水（T 23 ）的影响最大，随着作用压力增大该状态水分子不仅含量增加，而且与肌原纤维蛋白的结合程度增强（p ＜0.05）；相关性分析显示，香肠硬度与T 22和T 23的峰面积百分数显著相关，而剪切功与T 21、 T 22和T 23的弛豫时间显著相关。结论：超高压处理可以显著影响乳化肠硬度，降低剪切功，且硬度与弛豫峰面积百分数显著相关，剪切功与弛豫时间显著相关。 关键词：超高压处理，乳化肠，低场核磁，横向弛豫时间 Texture properties and water distribution analysis in emulsion type sausages by different high pressure processing supported by low-field NMR technology YANG Hui-juan 1，YU Xiao-Bo 1，HU Zhong-liang 2，WANG Lin 3，ZOU Yu-feng 1， XU Xing-lian 1，ZHOU Guang-hong 1，* （1.Key Laboratory of Meat Processing and Quality Control ，Ministry of Education ，Nanjing Agricultural University ， Nanjing 210095，China ； 2.Wuxi Huashun Livelihood Food Co.，Ltd.，Wuxi 214218，China ； 3.School of Food and Biological Engineering ，Jiangsu University ，Zhenjiang 212013，China ）Abstract ：Objective ：To study the texture properties of combined processes of high pressure treated sausages and discuss its relevance to the water distribution.Methods ：Samples were sausages in low-temperature treated by high pressure processing.Firmness ，work of shear ，water distribution data and their relationship were analysised.Results ：Firstly ，compared with the control group ，with the increasing of high pressure processing ，firmness significantly increased and then decreased （p ＜0.05），while shear of work significantly decreased （p ＜0.05）.Secondly ，the results of the NMR T 2relaxation data showed that high pressure processing had a significant effect on immobilized water （T 23）of gels.With the increasing of high pressure processing ，the content of immobilized water increased and its levels of combined with myofibrillar were increasing as well.Thirdly ，a significant correlation was found between the firmness and the peak area fraction of T 22and T 23respectively.Besides ，the relationship between shear of work and T 2relaxation time of T 21，T 22and T 23respectively was observed as well.Conclusions ：It showed that high pressure processing could make contribution to the firmness and decrease the work of shear of the sausages.In addition ，there was a significant correlation between the firmness and the peak area fraction ，the work of shear and T 2relaxation data ，respectively.Key words ：high pressure processing ；sausages ；LF-NMR ；T 2relaxation data 中图分类号：TS201.7文献标识码：A 文章编号：1002-0306（2014）04-0096-06 乳化肠是指肉经绞碎斩拌成肉糜并加入各种添 加物进行混匀后烹调而成的一类低温肉制品，具有方便快捷、营养美味等特点[1]。然而，由于该类产品的保水性差，生产中经常需要添加淀粉等非肉性组分， 收稿日期：2013－06－20 *通讯联系人 作者简介：杨慧娟（1989-），女，硕士研究生，研究方向：肉品质量安全控制。基金项目：国家科技支撑计划课题（2012BAD28B03）；江苏省农业三 新工程项目（SX （2011）146）。

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

核磁共振技术及应用研究进展

科技信息 核磁共振（ＮｕｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ，简称ＮＭＲ）是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，最早于１９４６年被Ｂｌｏｃｈ和Ｐｕｒｃｅｌｌ等人用实验所证实［１］。核磁共振的发现具有十分重要的意义，不仅为量子力学的基本原理提供了直接的验证，而且为多个学科领域的研究提供了一种不可或缺的分析与测量手段。他们二人由于这项重大发现，共同分享了１９５２年的诺贝尔物理奖。 最初的核磁共振技术主要用于核物理方面，现今已经被化学，食品，医学，生物学，遗传学以及材料科学等领域广泛采用，已经成为在这些领域开展研究工作的有力工具。 在以往的半个世纪中，ＮＭＲ技术经历了几次飞跃。１９４５年ＮＭＲ信号的发现，１９４８年核磁弛豫理论的建立。１９５０年化学位移和耦合的发现以及１９６５年傅立叶变换谱学的诞生，迎来了ＮＭＲ的真正的繁荣期；自从７０年代以来，ＮＭＲ发展异常迅猛，形成了液体高分辨，固体高分辨和ＮＭＲ成像三雄鼎立的新局面。二维ＮＭＲ的发展，使得液体ＮＭＲ的应用迅速扩展到生物领域；交叉极化技术的发展，使５０年代就发明出来的固体魔角旋转技术在材料科学中发挥了巨大的作用；ＮＭＲ成像技术的发展，使ＮＭＲ进入了与人类生命息息相关的医学领域。 目前，ＮＭＲ技术已经成为研究高分子链结构的主要手段，对聚合物的构型，构象分析，立体异构的鉴定和序列分布，支化结构的长度和数量，共聚物和共缩聚物组成的定性，定量以及序列结构测定等均有独特的长处［２］。 核磁共振技术主要有两个学科分支：核磁共振波谱（Ｎｕ－ｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）和磁共振成像（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ，简称ＭＲＩ）。核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的，主要用于测定物质的化学成分和分子结构［３］。核磁共振成像技术诞生于１９７３年，它是一种无损测量技术，可以用于获取多种物质的内部结构图像。由于核磁共振可获取的信息丰富，因此应用领域十分广泛，如分析化学、生命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等。 １核磁共振的基本原理 核磁共振是指原子核在外磁场作用下，其在能级之间共振跃迁的现象。原子核磁性的大小一般用磁矩μ表示，μ具有方向性，μ＝νｈＩ，ｈ是普朗克常数，Ｉ为自旋量子数，简称自旋。旋磁比ν实际上是原子核磁性大小的度量，ν值大表示原子核的磁性强，反之亦然。在天然同位素中，以氢原子核（质子）的ν值最大（４２．６ＭＨｚ／Ｔ），因此检测灵敏度最高，这也是质子首先被选择为ＮＭＲ研究对象的重要原因之一。 当把有磁矩的核（Ｉ≠０）置于某磁场中，该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动—— —拉莫尔进动，其频率由下式决定：ω＝２πν。式中ω为角频率，ν为拉莫尔进动频率。当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的核便吸收射频能，从低能态跃迁到高能态，此即核磁共振现象。没有自旋的原子核（Ｉ＝０）没有磁矩，这类核观察不到ＮＭＲ信号，如１４Ｃ，１６Ｏ，３２Ｓ等，Ｉ＝１／２的原子核是ＮＭＲ中研究得最多的核，如：１Ｈ，１３Ｃ，１９Ｆ，１５Ｎ等。 原子核的角动量通常称为核的自旋，是原子核的一个重要特性。由于原子核由质子和中子组成，质子和中子是具有自旋为１／２的粒子，它们在核内还有相对运动，因而具有相应的轨道角动量。所有核子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是原子核的自旋。原子核自旋角动量ＰＩ，遵循量子力学的角动量规则，它的大小为：ＰＩ＝［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２ｈＩ为整数或半整数Ｉ是核自旋量子数。原子核自旋在空间给定Ｚ方向上的投影ＰＩＺ为：ＰＩＺ＝ｍＩｈ，ｍＩ＝Ｉ，Ｉ－１，…，－Ｉ＋１，－Ｉ其中ｍＩ叫磁量子数。实验发现，所有基态的原子核的自旋都满足下面的规律：偶Ａ核的自旋为整数，其中，偶偶核（质子数和中子数都是偶数）的自旋都为零；奇Ａ核的自旋都是半整数。核子是费米子，因此，核子数Ａ为偶数的原子核是玻色子，遵循玻色—— —爱因斯坦统计；核子数Ａ为奇数的原子核是费米子，遵守费米—— —狄拉克统计。原子核磁矩原子核是一个带电的系统，而且有自旋，所以应该具有磁矩。和原子磁矩相似，原子核磁矩μＩ和原子核角动量ＰＩ有关系式：μＩ＝μＮｇＩ［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２μＺ＝ｍＩμＮｇＩ其中，ｇＩ称为原子核的朗德因子，μＮ＝ｅｈ／（２ｍｐ）＝５．０５０８×１０－２７Ｊ／Ｔ，称作核磁子。质子质量ｍｐ比电子质量ｍｅ大１８３６倍，所以核磁子比玻尔磁子小１８３６倍，可见原子核的磁相互作用比电子的磁相互作用弱得多。这个弱的相互作用正是原子光谱的超精细结构的来源。核磁共振由于原子核具有磁矩，当将被测样品放在外磁场Ｂ０中，则与磁场相互作用而获得附加的能量。Ｗ＝－μＩ?Ｂ０＝－ｍＩμＮｇＩＢ０，ｍＩ有２Ｉ＋１取值，即能级分裂成２Ｉ＋１个子能级，根据选择定则△ｍＩ＝±１，两相邻子能级间可以发生跃迁，跃迁能量：△Ｅ＝μＮ－ｇＩＢ０若其能级差△Ｅ与垂直于磁场方向上的电磁波光子的能量相等，则处在不同能级上的磁性核发生受激跃迁，由于处在低能级上的核略多于处在高能级上的核，故其净结果是低能级的核吸收了电磁波的能量ｈ＂跃迁到高能级上，这就是核磁共振吸收。该频率ｖ＝μＮｇＩＢ０／ｈ称为共振频率［４］。 ２核磁共振技术的实验装置 实现核磁共振可采取两种途径：一种是保持外磁场不变，而连续地改变入射电磁波频率；另一种是用一定频率的电磁波照射，而调节磁场的强弱。图１为核磁共振现象的装置示意图，采用调节入射电磁波频率的方法来达到核磁共振。样品装在小瓶中，并置于磁铁两极之间，瓶外绕有线圈，通有由射频振荡器输出的射频电流。于是，由线圈向样品发射电磁波。调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化，当频率正好与核磁共振频率吻合时，射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰，这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。 图１核磁共振实验装置示意图 核磁共振技术及应用研究进展 临沧师范高等专科学校数理系王东云 ［摘要］核磁共振分析技术是利用物理原理，通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质。 它不破坏被测样品的内部结构，是一种无损检测方法。本文重点介绍了核磁共振技术的原理及其在化学、生命科学中的应用。 ［关键词］核磁共振技术原理应用 基金项目：本文为临沧师范高等专科学校校级课题。 博士?专家论坛 ３５３ ——

【2020实用】CT和MRI技术规范-MRI检查前准备

MRI检查前准备 第一节适应症与禁忌症 进入MRI检查室前被检查者及被检查者家属必须确认被检者没有磁共振检查禁忌症并且签字确认。 一、适应证与禁忌证 1.适应证：适用于人体大部分解剖部位和器官疾病的检查，应根据临床需要以及MRI在各解剖部位的应用特点选择。 2.禁忌证： （1）体内装有心脏起搏器，除外起搏器为新型MRI兼容性产品的情况； （2）体内植入电子耳蜗、磁性金属药物灌注泵、神经刺激器等电子装置； （3）妊娠3个月内； （4）眼眶内有磁性金属异物。 有下列情况者，需在做好风险评估、成像效果预估的前提下，权衡利弊后慎重考虑是否行MRI检查。 （1）体内有弱磁性置入物（如心脏金属瓣膜、血管金属支架、血管夹、螺旋圈、滤器、封堵物等）时，一般建议在相关术后6～8周再进行检查，且最好采用1.5T以下场强设备； （2）体内有金属弹片、金属人工关节、假肢、假体、固定钢板等时，视金属置入物距扫描区域（磁场中心）的距离，在确保人身安全的前提下慎重选择，且建议采用1.5T以下场强设备；

（3）体内有骨关节固定钢钉、骨螺丝、固定假牙、避孕环等时，考虑产生的金属伪影是否影响检查目标； （4）可短时去除生命监护设备（磁性金属类、电子类）的危重患者； （5）癫痫发作、神经刺激症、幽闭恐怖症患者； （6）高热患者； （7）妊娠3个月及以上； （8）体内有金属或电子装置植入物者，建议参照产品说明书上的MRI安全提示。 第二节 MRI对比剂使用注意事项 1.核对受检者基本信息及增强检查申请单要求，确认增强检查为必需检查。 2.评估对比剂使用禁忌证及风险，受检者签署对比剂使用风险及注意事项知情同意书。 3.按药品使用说明书正确使用对比剂。 4.增强检查结束后，受检者需留观15～30min，无不良反应方可离开。病情许可时，受检者应多饮水以利对比剂排泄。 5.孕妇一般不宜使用对比剂，除非已决定终止妊娠或权衡病情依据需要而定。 6.尽量避免大量、重复使用钆对比剂，尤其对于肾功能不全患者，以减少发生迟发反应及肾源性系统纤维化的可能。

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

核磁共振实验报告及数据

核磁共振实验报告及数据核磁共振实验报告及数据 2011年04月20日核磁共振1了解核磁共振的基本原理教学目的2学习利用核磁共振校准磁场和测量g因子的方法3理解驰豫过程并计算出驰豫时间。重难点1核磁共振的基本原理2磁场强度和驰豫时间的计算。教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。学时3个学时一、前言核磁共振是重要的物理现象。核磁共振技术在物理、化学、生物、医学和临床诊断、计量科学、石油分析与勘探等许多领域得到重要应用。自旋角动量P不为零的原子核具有相应的磁距μ而且其中称为原子核的旋磁比是表征原子核的重要物理量之一。当存在外磁场B时核磁矩和外磁场的相互作用使磁能级发生塞曼分裂相邻能级的能量差为其中hh/2πh为普朗克常数。如果在与B垂直的平面内加一个频率为ν的射频场当时就发生共振现象。通常称y/2π为原子核的回旋频率一些核素的回旋频率数值见附录。核磁共振实验是理科高等学校近代物理实验课程中的必做实验之一如今许多理科 院校的非物理类专业和许多工科、医学院校的基础物理实验课程也安排了核磁共振实验或演示实验。利用本装置和用户自备的通用示波器可以用扫场的方式观察核磁共振现象 并测量共振频率适合于高等学校近代物理实验基础实验教 学使用。二、实验仪器永久磁铁含扫场线圈、可调变阻器、探头两个样品分别为、和、数字频率计、示波器。三、实

验原理一核磁共振的稳态吸收核磁共振是重要的物理现象核磁共振实验技术在物理、化学、生物、临床诊断、计量科学和石油分析勘探等许多领域得到重要应用。1945年发现核磁共振现象的美国科学家Purcell和Bloch1952年获诺贝尔物理学奖。在改进核磁共振技术方面作出重要贡献的瑞士科学家Ernst1991年获得诺贝尔化学奖。大家知道氢原子中电子的能量不能连续变化只能取分立的数值在微观世界中物理量只能取分立数值的现象很普通本实验涉及到的原子核自旋角动量也不能连续变化只能取分立值其中I称为自旋量子数只能取0123?6?7等整数值或1/23/25/2?6?7等半整数值公式中的h/2π而h为普朗克常数对不同的核素I分别有不同的确定数值本实验涉及质子和氟核F19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方向的分量也不能连续变化只能取分立的数值Pzm 。其中量子数m只能取II-1?6?7-II-I等2I1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其大小为 1 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称为原子核的g因子值得注意的是g可能是正数也可能是负数因此核磁矩的方向可能与核自旋动量方向相同也可能相反。由于核自旋角动量在任意给定z方向只能取2I1个分立的数值因此核磁矩在z方向也只能取2I1个分立的数值。2 原子核的磁

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/5018521849.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,

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=

核磁共振测试技术

专业：材料工程学号：机电1105048 姓名： 核磁共振测试技术及应用综述 所谓核磁共振, 就是指处在某个磁场中的物质的原子核系统受到相应频率的电磁辐射作用时, 在它们的磁能级之间发生的共振跃迁现象。 1 核磁共振技术的发展史 1946年, 泊塞尔和布洛赫所领导的两个研究小组, 在几乎相同的时间里, 用不同的方法各自独立地发现了在物质的一般状态中的核磁共振现象。泊塞尔使用的实验方法是吸收法, 布洛赫使用的则是感应法后来, 他们二人因这项重大发现而于1952年被授予诺贝尔物理奖。 核磁共振于1953年发展到应用阶段, 此后, 核磁共振的方法和技术向着两个方向发展,一是连续方法（又称为稳态方法或扫描方法）, 二是脉冲方法（又称暂态方法或自由进动方法）, 由此形成核磁共振波谱学。核磁共振波谱学的发展促进了物理学学科的发展, 也促进了物理化学、分子生物学、医药学等其它边缘学科的发展, 在许多科学研究和工业领域得到了广泛的应用。 2 核磁共振技术原理 2.1原子核的自旋与磁矩 泡利在1924年首先提出原子核具有磁矩, 并认为核磁矩与其本身的自旋运动相联系, 用此理论成功地解释了原子光谱的超精细结构核磁矩μ与核自旋角动量L之间的关系为 式中m p——质子质量, e ——单位电荷 g 称为朗德因子, 对于不同的核它有不同的值, 它反映核内部自旋和磁矩的实验关系。实验工作中, 常常用磁旋比γ这个物理量表示核磁矩与核自旋的关系, 其定义为： γ随核的结构不同而不同。g因子与磁旋比γ的关系为:

可见, g因子也是一种磁旋比。 2.2核磁共振的量子解释 原子核具有磁矩μ, 在存在外磁场B时, 原子核与外磁场发生相互作用而产生附加能量： 由于M可取2I十1个值, 它表示核自旋相对于B取不同方向时, 有不同的附加能量。正是E的存在使得在外磁场中的原子核能级分裂成2I十1个子能级, 这称为原子核的塞曼效应。此时两相邻子能级之差为： 因此当用电磁波照射核时它将只吸收如下频率的电磁波 这种在外磁场中的原子吸收特定频率电磁波的现象就是所谓的核磁共振用经典的概念。这种现象是由于外来电磁波的频率和核特定的固有频率相等而发生共振的结果，一般被测的样品是一个处于热平衡状态下的包含有大量原子核的系统原子核在低能级与高能级之间的分布服从玻尔兹曼分布, 处于高能级的原子核总是比低能级的少, 所以感应吸收比感应辐射占优势, 也就是当发生核磁共振时对电磁波吸收能量如果由于某些原因使两个能级上的原子核数目相等时, 将看不到共振现象在核磁共振技术中, 可以利用大量原子核系统样品内部的矛盾运动和控制环境条件, 以增强吸收, 避免出现“饱和”。 2.3 核磁共振的实现 对实验中常用到的氢核, 即质子来说, M=±1/2,所以, L=±1/2h, 这说明质子在外磁场中只有两个可能取向,由于, 所以质子 在外磁场中的能量为 即只有两个能级, 因此在外磁场中的氢核只能吸收如下频率的电磁波 此式表明, 为了使氢核发生核磁共振, 可以保持外磁场不变, 而连续改变人射

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，