核磁共振含思考題

1、成績 西安交通大學(xué)實驗報告 第 1 頁（共 5 頁）課程：_近代物理實驗_實 驗 日 期 ： 年 月 日專業(yè)班號_ _組別_交報告日期： 年 月 日姓 名_Bigger _學(xué)號_ _報 告 退 發(fā) ： （訂正、重做）同 組 者_(dá) _教師審批簽字：實驗名稱：核磁共振一、 實驗?zāi)康?了解核磁共振的原理與應(yīng)用；2掌握連續(xù)波核磁共振的儀器結(jié)構(gòu)和實驗方法；3. 測量磁感應(yīng)強(qiáng)度和旋磁比。二、 實驗原理根據(jù)磁共振原理，觀察核磁共振現(xiàn)象，需要有一個均勻的磁場和一個角頻率為的旋轉(zhuǎn)磁場，并且滿足 ，稱為旋磁比。對于氫核，焦耳特斯拉，焦耳秒，可計算出氫核旋磁比兆赫特斯拉，故 式中頻率的單位為兆赫，由式(2)可見，當(dāng)

2、發(fā)生氫核磁共振時，測出旋轉(zhuǎn)磁場的頻率，就可確定未知磁場的大小，這就是NMR方法測量磁場的原理。根據(jù)式(1)，觀察磁共振吸收信號有兩種方法。一種是掃頻法，即磁場固定，讓高頻磁場角頻率連續(xù)變化并通過共振區(qū)，當(dāng)時，出現(xiàn)共振吸收峰；另一種方法是掃場法，即把高頻磁場角頻率固定，讓磁場連續(xù)變化并通過并振區(qū)，當(dāng)時，出現(xiàn)共振吸收峰。因掃場法在技術(shù)上較簡單，本實驗用掃場法，掃場電流為50Hz，對應(yīng)掃場磁場，該磁場迭加在靜磁場上，即 當(dāng)滿足磁共振條件時，就觀察到NMR信號。見圖1所示。為共振磁場，掃場每一周內(nèi)，可觀察到的共振吸收峰不超過兩個。根據(jù)布洛赫穩(wěn)態(tài)條件，靜磁場變化(掃場)通過共振區(qū)所需時間遠(yuǎn)大于馳豫時間和

3、，這是在示波器上可觀察到穩(wěn)態(tài)共振吸收信號。如果掃場速度遠(yuǎn)非足夠慢，不滿足穩(wěn)態(tài)條件，則觀察到帶有“尾波”的共振吸收信號?？梢赃@樣理解，當(dāng)磁共振時，磁化強(qiáng)度矢量突然偏離方向，產(chǎn)生吸收峰。當(dāng)或時，磁共振消失，而將圍繞以螺旋方式恢復(fù)到方向。在這個過程中在垂直于平面的分量上，它使射頻線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是逐漸衰減的，因而在示波器上出現(xiàn)“尾波”。 圖1 NMR信號 圖2 穩(wěn)態(tài)信號和帶有“尾波”的信號三、 實驗儀器NMR實驗裝置原理圖如圖3所示。圖3實驗裝置圖靜磁場由永磁體產(chǎn)生，并配以掃場線圈對，NMR電源供給50Hz可調(diào)的掃場電壓，并供給探測器電源；探測器包括邊限振蕩器和檢波放大電路，探頭是裝有樣品的振蕩

4、線圈，也是探測線圈；樣品為水和聚四氟乙烯，核磁共振是對水中的氫核和聚四氟乙烯中的氟核而言；示波器用來觀察共振信號。四、 實驗步驟1質(zhì)子NMR信號的觀察按圖3連接線路，把裝有水樣品探頭置于固定磁場中心處，并使探頭線圈軸線與垂直。緩慢改變、和，直到示波器出現(xiàn)共振吸收信號，然后改變、和的大小，觀察共振信號的位置、形狀的變化并討論。2磁場測量使示波器上共振吸收信號等距,利用頻率計測定NMR射頻場的頻率，由式(2)就可求得未知場的大小。用毫特拉計測出，并與NMR法結(jié)果相比較。3氟核()旋磁比的測量當(dāng)兩種核對應(yīng)同一大小靜磁場發(fā)生共振時，由式(1)可得分別調(diào)出射頻和，若已知一種核的旋磁比，就可求得另一種核的

5、旋磁比。用氫核()作標(biāo)準(zhǔn)，測定氟核()的旋磁比。五、 實驗數(shù)據(jù)記錄與處理等間距頻率/MHz重合頻率/MHz磁場實驗強(qiáng)度/mT磁場理論強(qiáng)度/mT誤差交變磁場幅度/T1號H20.28820.303426.6476.610.5%3.52410-42號H20.28620.320426.2476.510.6%7.98710-43號H20.28220.317425.8476.410.7%8.22210-43號F19.07919.097421.5/4號H20.28720.319425.4476.510.7%7.51710-45號H20.28620.315426.1476.510.6%6.81210-46號H

6、20.28320.315423.1476.411.2%7.51710-4氟核的旋磁比：交變磁場的幅度計算：（以樣品1為例，其它計算結(jié)果均在表格中）六、 思考題1掃場(調(diào)制磁場)和旋轉(zhuǎn)磁場是一回事嗎？它們在觀測取NMR信號中各起什么作用？答：不是一回事。掃場是為了使得電磁波能量子與塞曼能級間隔相等，從而使氫核吸收能量子發(fā)生躍遷，也就發(fā)生了核磁共振的吸收現(xiàn)象。但由于兩個能級之間能差很小，而NMR的訊號正是依靠這些微弱過剩的低能態(tài)核吸收射頻電磁波的輻射躍遷到高級產(chǎn)生的。此時就需要旋轉(zhuǎn)磁場，使高能態(tài)的核將能量轉(zhuǎn)移給周圍的分子，使共振吸收信號更連續(xù)，更明顯。2測量靜磁場時，為何要求示波器上NMR信號之間等距?此時，若改變掃場的大小，信號間距是否變化?試?yán)L圖說明。答：此時才能保證在軸上，波節(jié)點之間是等間距的。若改變掃場大小，間距不會改變，只會改變振幅大小。七、 誤差分析1) 交變磁場的頻率會在某些時刻發(fā)生突變，破壞波形。本實驗誤差均在10%左右，此儀器誤差占主要影響因素。2) 實驗時示波器波形極易發(fā)生跳動，使我們難以精確判斷何時等間