2025年核磁共振探索記許亞娜的科研報(bào)告

近代物理試驗(yàn)匯報(bào)題目磁共振技術(shù)試驗(yàn)匯報(bào)光磁共振試驗(yàn)匯報(bào)————許亞娜物理082班08180209【引言】光磁共振實(shí)際上是使原子、分子的光學(xué)頻率的共振與射頻或微波頻率的磁共振同步發(fā)生的一種雙共振現(xiàn)象。這種措施是卡斯特勒在巴黎提出并實(shí)現(xiàn)的。由于這種措施最早實(shí)現(xiàn)了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，成了發(fā)明激光器的先導(dǎo)，因此卡斯特勒被人們譽(yù)為"激光之父"。光磁共振措施現(xiàn)已發(fā)展成為研究原子物理的一種重要的試驗(yàn)措施。它大大地豐富了我們對(duì)原子能級(jí)精細(xì)構(gòu)造和超精細(xì)構(gòu)造、能級(jí)壽命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子與原子間以及原子與其他物質(zhì)間互相作用的理解。運(yùn)用光磁共振原理可以制成測量微弱磁場的磁強(qiáng)計(jì)，也可以制成高穩(wěn)定度的原子頻標(biāo)。72.15%,8Rb占27.85%?！娟P(guān)鍵字】光磁共振光抽運(yùn)塞曼能級(jí)分裂超精細(xì)構(gòu)造P,=P+PF=1的偏激化。由于用右旋偏振光不能產(chǎn)生光抽運(yùn)在磁共振時(shí)，因共振信號(hào)很弱，直接測量較為困難，但由于共振時(shí)對(duì)D1光的吸取增長，因此可L收元件上放大電路高頻振蕩器光源L收元件上放大電路高頻振蕩器光源銣,泡光電接亥姆霍茲線圈新試驗(yàn)的內(nèi)容是加深對(duì)原子超精細(xì)構(gòu)造、光躍遷及磁共振的理解；測定銣原子超精細(xì)構(gòu)造塞曼子能級(jí)的郎德因子g。試驗(yàn)的環(huán)節(jié)詳細(xì)如下：1.儀器的調(diào)整與地磁場水平方向相平行。用指南針確定水平場線圈、豎直場線圈及掃場線圈產(chǎn)生的各磁場方向與地射頻信號(hào)發(fā)生器、示波器電源。電源接通約三十分鐘后，銣光譜燈點(diǎn)燃并發(fā)出紫紅色光，池溫?zé)袅?，能得到一種完全平行的光束，但仔細(xì)調(diào)整，在通過聚光透鏡即可使銣燈到光電池上的總光量為最大，④調(diào)整偏振片及1/4波片，使1/4波片的光軸與偏振光偏振方向的夾角為π/4以獲得圓偏振光。2.光抽運(yùn)信號(hào)的觀測掃場方式選擇“方波”,調(diào)大掃場幅度。再將指南針置于吸取池上邊，設(shè)置掃場方向與地磁場方向相反，然后拿開指南針。預(yù)置垂直場電流為0.07A左右。用來抵消地磁場分量。然后旋轉(zhuǎn)偏振片光抽運(yùn)信號(hào)波形掃場波形圖1(掃場波形中要加電場為零的縱軸線)上的粒子數(shù)大體相等。因此這一瞬間有總粒子數(shù)7/8的粒子在吸取D?δ*光，對(duì)光的吸取最強(qiáng)。伴隨粒子逐漸被抽運(yùn)到M=+2子能級(jí)上，能吸取o的光粒子數(shù)減少，透過銣樣品泡的光逐漸增強(qiáng)。當(dāng)抽水平方向的總磁場為零)然后反向時(shí)，各塞曼子能級(jí)跟伴隨發(fā)生簡并隨即再分裂。能級(jí)簡并時(shí)銣的子相等，對(duì)D?δ+光的吸取又到達(dá)最大值，這樣就觀測到了光抽運(yùn)信號(hào)，如圖1掃場方式選擇“三角波”,將水平場電流預(yù)置為0.7A左右，并使水號(hào)發(fā)生器，頻率可以觀測到共振信號(hào)如圖2,對(duì)應(yīng)波形，可讀出頻率v?及對(duì)應(yīng)的水平場電流I。再按動(dòng)水平場方向開關(guān)，使水平場方向與地磁場水平分量和掃場方向相反。同樣可以得到V?。這樣水平磁場所對(duì)應(yīng)的頻率為v=(v?+v?)/2,即排除了地磁場水平分量及掃場直流分量的影響。用三角波掃場法觀測磁共振信號(hào)時(shí)，當(dāng)磁場B?值與射頻頻率v?滿足共振條件式時(shí)，振。可得到磁共振信號(hào)的圖像。對(duì)于確定的磁場值(例如三角波中的某一場值),變化頻率同樣可以獲得Rb"或Rb的磁共振。試驗(yàn)中規(guī)定在選擇合適頻率(600KHz)及場強(qiáng)的條件下，觀測銣原子兩種4.測量g因子為了研究原子的超精細(xì)構(gòu)造，測準(zhǔn)gr因子時(shí)很有用的。我們用的亥姆霍茲線圈軸線中心處的磁感強(qiáng)度為式中N為線圈匝數(shù)，r為線圈有效半徑(米),×10焦耳秒，玻爾磁子u=9.274×10“焦耳/特斯拉。運(yùn)用兩式可以測出ge因子值。要注意，引起頻率/kHz試驗(yàn)總結(jié)：本次試驗(yàn)的原理比較簡樸，設(shè)計(jì)試驗(yàn)的措施也有諸多種，但誤差相對(duì)較大。對(duì)于試驗(yàn)的調(diào)整過程，應(yīng)當(dāng)從大到小或者從小到大依次【摘要】:比核磁矩大得多，在同樣的磁場下，電子順磁共振的敏捷度也比核磁共振高得多。本試驗(yàn)中，學(xué)生【關(guān)鍵字】:核磁共振順磁共振電子自旋自旋g因子【引言】:共振電磁波重要采用持續(xù)波，敏捷度較低，1966年發(fā)展起來的脈沖傅里葉變換核磁共振技術(shù)，將信順磁共振(EPR)又稱為電子自旋共振(ESR),EPR現(xiàn)象首先是由蘇聯(lián)物理學(xué)家E.K.扎沃伊斯基于1944年從MnC12、CuCl2等順磁性合物中的化學(xué)鍵和電子密度分布以及與反應(yīng)機(jī)理有關(guān)的許多問題。60年代以來，由于儀器不停改善【正文】:核磁矩和研究核構(gòu)造的直接而又精確的措施，也是精確測量磁場和穩(wěn)振；由于分子和固體中的磁矩重要是自旋磁矩的奉獻(xiàn)因此又被稱為電子自旋共振。簡稱“EPR”或“ESR”。由于電子的磁矩比核磁矩大得多，在同樣的磁場下，電子順磁共振的敏捷度也比核磁共振核磁共振的物理基礎(chǔ)是原子核的自旋。泡利在1924年提出核自旋的假設(shè)，1930年在試驗(yàn)上得到證明。1932年人們發(fā)現(xiàn)中子，從此對(duì)原子核自旋有了新的認(rèn)識(shí)：原子核的自旋是質(zhì)子和中子自旋之為磁性核，只有磁性核才能產(chǎn)生核磁共振。磁性核是核磁共振技術(shù)的研究對(duì)象。1945年12月，美國哈佛大學(xué)帕塞爾等人，報(bào)道了他們在石蠟樣品中觀測到質(zhì)子的核磁共振吸取信號(hào)；1946年1月，美微不一樣的措施，幾乎同步在凝聚物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了核磁共振。因此，1945年發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象的美國科學(xué)家珀塞耳(Purcell)和布珞赫(Bloch)1952年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。后來，許多物理學(xué)家進(jìn)入了物、臨床診斷、計(jì)量科學(xué)和石油分析與勘探電子自旋的概念是Pauli在1924年首先提出的。1925年，S.A.Goudsmit和G.Uhlenbeck用它來1944年由前蘇聯(lián)的柴伏依斯基首先發(fā)現(xiàn)。它與核磁共振(NMR)現(xiàn)象十分相似，因此1945年P(guān)urcell、聯(lián)物理學(xué)家E.K.扎沃伊斯基于1944年從MnC12、CuC12等順磁性鹽類發(fā)現(xiàn)的。物理學(xué)家最初用這的B.康芒納等人于1954年初次將EPR技術(shù)引入生物學(xué)的領(lǐng)域之中，他們在某些植物與動(dòng)物材料中觀測到有自由基存在。60年代以來，由于儀器不停改善和技術(shù)不停創(chuàng)新，EPR技術(shù)至今已在物理學(xué)、半導(dǎo)體、有機(jī)化學(xué)、絡(luò)合物化學(xué)、輻射化學(xué)、化工、海洋化學(xué)、二、試驗(yàn)裝置(一)核磁共振試驗(yàn)裝置(二)順磁共振試驗(yàn)裝置①三厘米固態(tài)信號(hào)源②隔離器③可變衰減器④波長計(jì)⑤調(diào)配T和一種H~T構(gòu)成，故又稱雙T,是一種互易無損耗四端口網(wǎng)絡(luò)，具有“雙臂隔離，旁臂平分”的特性。運(yùn)用四端口S矩陣可證明，只要1,4臂同步調(diào)到匹配，則2,3臂也自動(dòng)獲得匹配：反之亦然。E臂和H臂之間固有隔離，反向臂2,3之間彼此隔離，即從任臂輸入，同相等分給2,3臂；E臂輸入則反相等分給2,3臂。由于互易性原理，若信號(hào)從反向臂2,3同相輸入，則E臂得到它們的差信號(hào)，H臂得到它們的和信號(hào)；反之，若2,3臂反相當(dāng)輸出的微波信號(hào)經(jīng)隔離器、衰減器進(jìn)入魔T的H臂，同相等分給2,3臂，而不能進(jìn)入E臂。3臂接單螺調(diào)配器和終端負(fù)載：2臂接可調(diào)的反射式矩形樣品諧振腔，樣品DPPH在腔內(nèi)的位置可調(diào)整。E臂接隔離器和晶體檢波器；2,3臂的反射信號(hào)只能等分給E,H臂，當(dāng)3臂匹配時(shí)，E臂上微波功率僅取自于2臂的反射。3.樣品腔4.磁場系統(tǒng)4.磁場系統(tǒng)產(chǎn)生BD通過調(diào)整勵(lì)磁電流變化BD。BAcosot,并通過相移電路接到示波器X軸輸入端。5.電子儀器：Z諧振腔示意圖(一)核磁共振試驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)1.校準(zhǔn)永久磁鐵中心的磁場Bo把樣品為水(摻有三氟化鐵)的探頭下端的樣品盒插入到磁鐵中心，并使電路盒水平放置在磁鐵0.1V/格或0.2V/格位置，打開頻率計(jì)，示波器和邊限振蕩器的電源開關(guān)，這時(shí)頻率計(jì)應(yīng)有讀數(shù)，接通可調(diào)變阻器電流到中間位置，緩慢調(diào)整邊限振蕩器的頻率旋鈕，變化振蕩頻率(超過掃場的幅度B'。現(xiàn)象觀測：合適增大B',觀測到盡量多的尾波振蕩，然后向左(或向右)逐漸移動(dòng)電路盒在木底附近的共振頻率V'F及底附近的共振頻率V'F及v"F,運(yùn)用vF和公式(9)求出F19的g因子，根據(jù)公式(9),g因子的相對(duì)誤差為一位有效數(shù)字并由它確定g的有效數(shù)字，最終給出g因子測量成果的完整體現(xiàn)式。觀測聚四氟乙烯中氟的共振信號(hào)時(shí)，比較它與摻有三氟化鐵的水(二)順磁共振試驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)2.將磁共振試驗(yàn)儀器的旋鈕和按鈕作如下設(shè)置：“磁場”逆時(shí)針調(diào)到最低，“掃場”逆時(shí)針調(diào)到最低，按下“調(diào)平衡/Y軸”按鈕(注：必須按下),“掃場/檢波”按鈕彈起，處在檢波狀態(tài)。(注：4.將單螺調(diào)配器的探針逆時(shí)針旋至“0”刻度。鈕，使磁共振試驗(yàn)儀的調(diào)諧電表指示占滿度的2/3以上。7.為使樣品諧振腔對(duì)微波信號(hào)諧振，調(diào)整樣8.為了提高系統(tǒng)的敏捷度，可減小可變衰減器的衰減量，使調(diào)諧電表顯示盡量提高。然后，10.由小到大調(diào)整恒磁場電流，當(dāng)電流到達(dá)1.7到2.1A之間時(shí)，示波器上即可出現(xiàn)如圖所示的電子共振信號(hào).11.若共振波形值較小，或示整微波信號(hào)源震蕩腔法蘭盤上的調(diào)整釘，可加大微波輸出功率。(a)12.若共振波形左右不對(duì)稱，成為圖中(a)所示的波形。14.用高斯計(jì)測得外磁場Bo,用公式(2)計(jì)算g因子(g因子一般在1.95到2.05之間).順磁共振數(shù)據(jù)處理及圖片展示：取消動(dòng)設(shè)置計(jì)算得到g=2.086,由于自由電子g=2.0023,通過試驗(yàn)計(jì)算得到的g因子的相對(duì)誤差為4.2%,誤差比較大