核磁共振含思考題VIP

1、西安交通大學實驗報告成績第1頁（共5頁）課程：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學號_報告退發(fā)：（訂正、重做）同組者教師審批簽字：實驗名稱：核磁共振一、實驗目的1 .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B0和一個角頻率為的旋轉(zhuǎn)磁場Bi,BiBo,并且滿足Bo（1）gN/h,稱為旋磁比。對于氫核，g5.585,n5.05081027焦耳/特斯拉，h1.05461034焦耳秒，可計算出氫核旋磁比267.52兆赫/特斯拉，故Bo一

2、2.349102特斯拉（2）式中頻率v的單位為兆赫，由式（2）可見，當發(fā)生氫核磁共振時，測出旋轉(zhuǎn)磁場B1的頻率v,就可確定未知磁場B0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B。固定，讓高頻磁場角頻率連續(xù)變化并通過共振區(qū)，當B。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Bo連續(xù)變化并通過并振區(qū)，當Bo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BBmSinlOOt,該磁場迭加在靜磁場B。上，即BBoBmsin100t當滿足磁共振條件時，就觀察到NMR信號。

3、見圖1所示。Br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)所需時間遠大于馳豫時問Ti和T2,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，當磁共振時，磁化強度矢量M突然偏離Bo方向，產(chǎn)生吸收峰。當BBr或BBr時,uur磁共振消失，而M將圍繞Bo以螺旋方式恢復到Bo方向。在這個過程中M在垂直于Bo平面的分量M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1NMR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

4、圖如圖3所示靜磁場由永磁體產(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B0中心處，并使探頭線圈軸線與Bo垂直。緩慢改變B。、丫和Bi,直到示波器出現(xiàn)共振吸收信號，然后改變B。、丫和Bi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（

5、2）一.v,，v一，、就可求得未知場Bo的大小。用毫特拉計測出Bo,并與NMR法結(jié)果相比較。3 .氟核（19F）旋磁比的測量當兩種核對應(yīng)同一大小靜磁場發(fā)生共振時，由式（1）可得Vi1V22分別調(diào)出射頻Vi和V2,若已知一種核的旋磁比，就可求得另一種核的旋磁比氫核（1H）作標準，測定氟核（19F）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磁場實驗強度/mT磁場理論強度/mT4H至慶方交變磁場幅度/T1號H20.28820.303426.6476.610.5%3.524X10-42號H20.28620.320426.2476.510.6%7.987X10-43號H20.28

6、220.317425.8476.410.7%8.222X10-43號F19.07919.097421.5/4號H20.28720.319425.4476.510.7%7.517X10-45號H20.28620.315426.1476.510.6%6.812X10-46號H20.28320.315423.1476.411.2%7.517X10-4氟核的旋磁比:fh251.65MHZ/TH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）BmBiBo_22.349102(20.30320.288)3.524104T六、思考題1 .掃場（調(diào)制磁場）和旋轉(zhuǎn)磁場Bi是一回事嗎？它們在觀測取NM

7、R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Bo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？試繪圖說明。答：此時才能保證在B0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流右，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