核磁共振预习报告

1、实验6-1 核磁共振 预习报告一、自我介绍二、基本原理及实验内容（一）核磁共振的量子力学描述通常将原子核的总磁矩在其角动量 方向上的投影 称为核磁矩，它们之间的关系通常写成式中 称为旋磁比，e为电子电荷；m为质子质量； 为朗德因子按照 量子力学，原子核角动量的大小 为普朗克常数。I为核的自旋量子数，可以取把原子核放入外磁场 中，可以取坐标轴方向为 的方向。核的角动量在该方向上的投影值由下式决定式中m为磁量子数，可取pPmegPPN2或PNmeg2NghIIP12hh ,23, 1 ,21, 0IBBhmPBIIIIm),1(, 1,二、基本原理及实验内容核磁矩在外磁场方向上的投影为称为核磁子。

2、原子核在恒定磁场中的势能为任何两个能级之间的能量差为mmehgPmegPNBPNB)2(2mgNNB12710787.05. 5JTNmBgBBENNB)(2121mmBgEEENNmm二、基本原理及实验内容根据量子力学中的选择定则，只有 条件下才能跃迁，跃迁时吸收或辐射能量子的频率应满足这就是核磁共振的频率条件。0, 1m00012ngBBh二、基本原理及实验内容（二）核磁共振的纵向弛豫和横向弛豫上面讨论的是单个的核放在外磁场中的核磁共振理论。但实验中所用的样品是大量同类核的集合。如果处于高能级上的核数目与处于低能级上的核数目没有差别，则在电磁波的激发下，上下能级上的核都要发生跃迁，并且跃迁

3、几率是相等的，吸收能量等于辐射能量，我们就观察不到任何核磁共振信号。只有当低能级上的原子核数目大于高能级上的核数目，吸收能量比辐射能量多，这样才能观察到核磁共振信号。在热平衡状态下，核数目在两个能级上的相对分布由玻尔兹曼因子决定：低能级上的核数目比高能级上的核数目略微多一点。量子力学证明，在频射场作用下，粒子从低能级向高能级跃迁几率（即共振吸收）和从高能级向低能级跃迁几率（即感应辐射）是相等的，且与频射场强度成正比)exp()exp(012kTBgkTENNNN三、实验装置总装置如右图所示，它由固定磁场及电源、扫场及电源、检测探头、边缘振荡器、频率计、移相器和示波器组成。把待测样品置于小管之内

4、，管外绕一小线圈放置于静磁场中，线圈轴线与磁场方向垂直，线圈导线中通入频率为v的射频电流，当满足核磁共振频率条件时，样品中的磁矩会产生能级跃迁，因而吸收线圈中能量，把吸收作为电磁回路的负载加以测量。三、实验装置边缘震荡器边缘振荡器调节在刚刚起振的边缘。样品不共振时线圈的品质因数Q值高，振幅大。当样品达到共振吸收功率时，Q值降低，振幅就有较大的下降，振荡信号经检波、放大后得到的实际上是振荡幅度的包络线，也就是共振吸收曲线。振荡器为经检波的高频信号直接输出，经放大器后送到数字频率计读出射频场频率边缘振荡器检波放大示波器放大器数字频率计四、实验方案（一）精确测量磁场1、将样品为水的探头置于磁场中，将

5、样品盒上的频率输出和检波输出分别与频率计和示波器连接。开启频率计、示波器和探头的开关。通过调压器接入50Hz交变扫场，缓慢调节边缘振荡器的频率调节旋钮，监视示波器信号。2、总磁场在 范围内变化，只有 落在这个范围内才会发生共振，在扫场变化一个周期内可发生两次共振。将扫场分出一路送入移相器，由 移相器输出接到示波器水平轴以实现两者同步扫描，档次扫描到共振点时，就可以在示波器上看到两个形状对称的波形。将波形调节到示波器荧光屏的中心位置，使两峰重合，则被测磁场强度为 0101() ()BBBB/ 2/B 四、实验方案（二）求氟核19F的核磁矩、朗德因子g、 值观察并记录聚四氟乙稀样品中氟核的磁共振信号，测出样品处在与水样品相同磁场位置时的氟核的共振频率因已测得B0，所以由以下公式可算得氟核的物理量（三）测量电磁铁B-I曲线FPFnVFPVFzFzFFngm g四、实验方案（四）关于尾波和横向弛豫时间T2的测量根据扫场速度不同，可观察到不同形状的磁共振信号，为搜索方便，通常在扫场较快的条件下工作。实验时，随着顺磁离子的浓度减小，谱线逐渐变成阻尼震荡形状，称为尾波。尾波由弛豫效应引起，设初相位为0，则曲线的数学表达式为S(t)表示共振曲线上t时刻的幅度，则在T2时刻有即可求出核磁共振的横向弛豫时间T2。磁场