核磁共振含思考題

1、成績(jī) 西安交通大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 第 1 頁(yè)（共 5 頁(yè)）課程：_近代物理實(shí)驗(yàn)_實(shí) 驗(yàn) 日 期 ： 年 月 日專業(yè)班號(hào)_ _組別_交報(bào)告日期： 年 月 日姓 名_Bigger _學(xué)號(hào)_ _報(bào) 告 退 發(fā) ： （訂正、重做）同 組 者_(dá) _教師審批簽字：實(shí)驗(yàn)名稱：核磁共振一、 實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)方法；3. 測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度和旋磁比。二、 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)磁共振原理，觀察核磁共振現(xiàn)象，需要有一個(gè)均勻的磁場(chǎng)和一個(gè)角頻率為的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并且滿足 ，稱為旋磁比。對(duì)于氫核，焦耳特斯拉，焦耳秒，可計(jì)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(jiàn)，當(dāng)

2、發(fā)生氫核磁共振時(shí)，測(cè)出旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率，就可確定未知磁場(chǎng)的大小，這就是NMR方法測(cè)量磁場(chǎng)的原理。根據(jù)式(1)，觀察磁共振吸收信號(hào)有兩種方法。一種是掃頻法，即磁場(chǎng)固定，讓高頻磁場(chǎng)角頻率連續(xù)變化并通過(guò)共振區(qū)，當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)共振吸收峰；另一種方法是掃場(chǎng)法，即把高頻磁場(chǎng)角頻率固定，讓磁場(chǎng)連續(xù)變化并通過(guò)并振區(qū)，當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)共振吸收峰。因掃場(chǎng)法在技術(shù)上較簡(jiǎn)單，本實(shí)驗(yàn)用掃場(chǎng)法，掃場(chǎng)電流為50Hz，對(duì)應(yīng)掃場(chǎng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)迭加在靜磁場(chǎng)上，即 當(dāng)滿足磁共振條件時(shí)，就觀察到NMR信號(hào)。見(jiàn)圖1所示。為共振磁場(chǎng)，掃場(chǎng)每一周內(nèi)，可觀察到的共振吸收峰不超過(guò)兩個(gè)。根據(jù)布洛赫穩(wěn)態(tài)條件，靜磁場(chǎng)變化(掃場(chǎng))通過(guò)共振區(qū)所需時(shí)間遠(yuǎn)大于馳豫時(shí)間和

3、，這是在示波器上可觀察到穩(wěn)態(tài)共振吸收信號(hào)。如果掃場(chǎng)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(hào)。可以這樣理解，當(dāng)磁共振時(shí)，磁化強(qiáng)度矢量突然偏離方向，產(chǎn)生吸收峰。當(dāng)或時(shí)，磁共振消失，而將圍繞以螺旋方式恢復(fù)到方向。在這個(gè)過(guò)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(dòng)勢(shì)是逐漸衰減的，因而在示波器上出現(xiàn)“尾波”。 圖1 NMR信號(hào) 圖2 穩(wěn)態(tài)信號(hào)和帶有“尾波”的信號(hào)三、 實(shí)驗(yàn)儀器NMR實(shí)驗(yàn)裝置原理圖如圖3所示。圖3實(shí)驗(yàn)裝置圖靜磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生，并配以掃場(chǎng)線圈對(duì)，NMR電源供給50Hz可調(diào)的掃場(chǎng)電壓，并供給探測(cè)器電源；探測(cè)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(cè)線圈；樣品為水和聚四氟乙烯，核磁共振是對(duì)水中的氫核和聚四氟乙烯中的氟核而言；示波器用來(lái)觀察共振信號(hào)。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1質(zhì)子NMR信號(hào)的觀察按圖3連接線路，把裝有水樣品探頭置于固定磁場(chǎng)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(hào)，然后改變、和的大小，觀察共振信號(hào)的位置、形狀的變化并討論。2磁場(chǎng)測(cè)量使示波器上共振吸收信號(hào)等距,利用頻率計(jì)測(cè)定NMR射頻場(chǎng)的頻率，由式(2)就可求得未知場(chǎng)的大小。用毫特拉計(jì)測(cè)出，并與NMR法結(jié)果相比較。3氟核()旋磁比的測(cè)量當(dāng)兩種核對(duì)應(yīng)同一大小靜磁場(chǎng)發(fā)生共振時(shí)，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(cè)定氟核()的旋磁比。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理等間距頻率/MHz重合頻率/MHz磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度/mT磁場(chǎng)理論強(qiáng)度/mT誤差交變磁場(chǎng)幅度/T1號(hào)H20.28820.303426.6476.610.5%3.52410-42號(hào)H20.28620.320426.2476.510.6%7.98710-43號(hào)H20.28220.317425.8476.410.7%8.22210-43號(hào)F19.07919.097421.5/4號(hào)H20.28720.319425.4476.510.7%7.51710-45號(hào)H20.28620.315426.1476.510.6%6.81210-46號(hào)H

6、20.28320.315423.1476.411.2%7.51710-4氟核的旋磁比：交變磁場(chǎng)的幅度計(jì)算：（以樣品1為例，其它計(jì)算結(jié)果均在表格中）六、 思考題1掃場(chǎng)(調(diào)制磁場(chǎng))和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一回事嗎？它們?cè)谟^測(cè)取NMR信號(hào)中各起什么作用？答：不是一回事。掃場(chǎng)是為了使得電磁波能量子與塞曼能級(jí)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(gè)能級(jí)之間能差很小，而NMR的訊號(hào)正是依靠這些微弱過(guò)剩的低能態(tài)核吸收射頻電磁波的輻射躍遷到高級(jí)產(chǎn)生的。此時(shí)就需要旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使高能態(tài)的核將能量轉(zhuǎn)移給周?chē)姆肿?，使共振吸收信?hào)更連續(xù)，更明顯。2測(cè)量靜磁場(chǎng)時(shí)，為何要求示波器上NMR信號(hào)之間等距?此時(shí)，若改變掃場(chǎng)的大小，信號(hào)間距是否變化?試?yán)L圖說(shuō)明。答：此時(shí)才能保證在軸上，波節(jié)點(diǎn)之間是等間距的。若改變掃場(chǎng)大小，間距不會(huì)改變，只會(huì)改變振幅大小。七、 誤差分析1) 交變磁場(chǎng)的頻率會(huì)在某些時(shí)刻發(fā)生突變，破壞波形。本實(shí)驗(yàn)誤差均在10%左右，此儀器誤差占主要影響因素。2) 實(shí)驗(yàn)時(shí)示波器波形極易發(fā)生跳動(dòng)，使我們難以精確判斷何時(shí)等間