核磁共振实验.docx

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1、中国石油高校近代物理试验 试验报告成绩:班级：姓名：同组者： 老师： 核磁共振试验【试验目的】1、把握核磁共振的基本原理和试验方法。2、分析各种因素对核磁共振现象的影响。3、观看几种物质的核磁共振现象，学习测量核磁共振的方法。【试验原理】1、核磁共振基础原子核具有自旋，其自旋角动量为”, 二J( + 1)力原子核带有电荷，因而具有自旋磁矩，其大小为l =g-pl =g,v( + l)2m n设7 =g为核的旋磁比则有：l = pl核自旋磁矩在恒定外场Bo的作用下，会发生进动，进动角频率3. = yB0由于原子核的自旋角动量P/的空间取向是量子化的，若设Bo沿z轴方向，则P/在z方向上只能取pl

2、, = m ( m = -l+ 1,-/ )因此核磁矩与外磁场Bo的相互作用能为E = -l 瓦=-/二耳)=yhmBQ能级发生塞曼分裂并且相邻次能级间的能量差为AE = 0 =施综=以为叫)明显，在稳恒的外磁场Bo作用下，假如存在一个与Bo和总的核磁矩组成的平面相垂直的旋转磁场B”当B的角频率等于3。时，原子核将汲取此旋转磁场的能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振。其中1是核自旋量子数，值为半整数或整数。mN为原子核质量；g为核的朗德因子，对质子而言，g=5.586；= 5.0509 1027 A m2,称为核磁子。m为原子核的磁2%量子数，有21+1种可能取值。2、稳态时的核磁共振产生核

3、磁共振信号的方式有两种：一是扫频法固定B。，让B的角频率连续变化而通过共振区，当0= Q)=o时，则消失共振信号；二是扫场法使日的角频率不变，让Bo连续变化而扫过共振区，使得阳 =0。，消失共振信号。扫场法的原理：在稳恒磁场Bo上加一个交变低频调制磁场（扫描磁场）B = Bmsinmto测试样品所在的实际磁场为B = B0+百,这个周期变化的磁场将引起相应的进动角频率软=（0 +月）也周期性地变化。3、顺磁弛豫顺磁离子具有未成对的电子磁矩，原子核自旋磁矩与电子自旋磁矩之间具有很强的自旋一自旋相互作用。样品的核磁共振弛豫时间与所掺顺磁离子浓度成反比。此外，顺磁离子会在样品的核磁矩四周形成很强的局

4、部磁场，从而影响弛豫过程，导致、T2都大幅减小。4、磁铁的作用磁铁用以产生核自旋物质磁能级塞曼分裂所需要的磁场。磁场空间分布的不匀称性可以通过测量表观横向弛豫时间7；进行估算。T；小于实际的横向弛豫时间T2,与样品体积范围内磁场空间分布不匀称性间的关系为-4 =1- +也0 0其中西3为样品体积范围内最大Tt T、 2和最小磁感应强度之差与平均磁感应强度的比值。5、尾波的形成与观看如图713所示，称为瞬时信号。在共振信号尾部所消失的一系列衰减振动，称为尾波或振铃，由于它起源于弛豫过程，所以也称为弛豫尾波。6、内扫法和移相法观看共振信号在内扫法中，当发生共振时，示波器上可以观看到等间隔的共振信号

5、。而在移相法中，当发生共振时，示波器上观看到的是李萨如图形，类似蝶形。图7-1-4和图7-1-5分别为在内扫法与移相法中所观看到的C7/SQ水溶液样品共振图样图7-1-3瞬时共振汲取信号图7-1-4带尾波的等间隔共振信号图7-1-5蝶形信号7、线宽和横向弛豫时间的测量用内扫法在示波器上看到的共振信号，其半高宽用At表示。设示波器上消失等间隔共振信号时对应角频率为。,而相邻两共振信号合二为一时对应角频率为一则调制磁场的幅值此为Bm=-j使用移相法观看，则口。对应两共振信号居于李萨如图形两侧时的射频信号角频率,必对应两共振信号合二为一并居于李萨如图形中心时的射频信号角频率。用角频率表示线宽可以写成

6、 A = aB = M - 6%r在慢通过条件下八。=HT2,可得到横向2*弛豫时间T2为 。=1i（T2实际上是表观横向弛豫时间心） 依一。依,山“8、旋磁比与朗德因子g的测量内扫法观看到等间隔的共振信号时，若测出旋转磁场及、-和Bo,可算出丫和g,2v两种样品，先后置于相同的磁场中，共振信号等间隔时.，存在n =幺21 =幺/1 2g g2可由一己知样品的丫和g来标定另一未知样品的丫和g.【试验装置】核磁共振试验装置包括永磁铁（或电磁铁）、扫场电源和扫场线圈、边限振荡器、检波器、探头及样品、移相器、频率计、示波器等。【试验内容】1、用特斯拉计测量磁铁间隙中心处的磁感应强度Bo,估算H核的共

7、振频率。v = 2A, 也= 42577MHzT724242、在射频线圈中放入CHS。,水溶液样品，分别调整射频幅度、扫场幅度，观看共振信号的变化。调整示波器，观看共振信号的李萨如图形（蝶形信号），调整x轴幅度和相位，观看图像的变化。3、移动探头在磁铁间隙中的位置（前、中、后移动1 cm）,分别调整出等间隔的共振信号，依据共振频率计算磁感应强度，并由此估算磁场空间分布的不匀称性Sy4、对纯水与水溶液样品，分别用内扫法和移相法计算各自的表观横向弛豫时间T2*和横向弛豫时间T2,进行比较，分析缘由。5、用HF样品分别观看出、闿的共振信号,测量它们的朗德因子g和旋磁比丫（用/2表示）。6、观看甘油样

8、品的共振信号，画出图形，测量共振信号的线宽、幅度、尾波数。【留意事项】1、操作之前必需认真阅读仪器使用说明。2、调整各旋钮时，动作要小，缓慢进行。3、测量完毕，要将样品取出。【数据纪录及处理】1、估算H核的共振频率用特斯拉计测量磁场中心的磁感应强度，见表格1表格1磁铁间隙中心处的磁感应强度Bo次数12345平均值Bo/mT580.4580.8579.8580.3580.2580.3估算H核的共振频率:依据公式v =为唐，泣= 425T1MHzT72 2V = 42.577MHzT-, 580.3mT = 24.70743MHz22、观看共振信号随射频幅度和扫场幅度的变化将CuSCM水溶液样品放

9、置在磁场中心，依据估算的共振频率认真调整仪器,在示波器上观看到较好的共振信号。此时频率为24.51817 MHzo与估算的共振频率有肯定差别，缘由在于样品放置位置与磁场中心有肯定的区分。固定扫场幅度，调整射频幅度，观看共振信号变化并纪录相关数据。表格2调整射频幅度时共振信号的变化状况射频幅度A信号幅度/ mV半宽/J1S28.80172410.10192611.50232821.00280从表2中可以看出，随着射频幅度增大，信号幅度也在渐渐增大。固定射频幅度，调整扫场幅度，观看信号变化，并纪录相关数据。表格3调整扫场幅度时共振信号的变化状况扫场幅度/V信号幅度/mV半宽佯0.510.10192

10、1.018.702321.520.802402.022.502482.526.802683 .估算磁场空间分布的不匀称性表4.不同位置处的共振频率位置V/MHZB/T中心位置24.51820.5759后移1cm24.51490.5758前移1cm24.51660.5758依据公式B=2m)V以 也=42.577用房厂1计算BO, Bl, B22兀并将计算结果填入表格中则磁场不匀称性为(BO-B1) + (B0-B2) 2*B0=(0.5759-0.5758) (0.5759-0.5758) 2*0.5759=0.000174、计算弛豫时间表5采用内扫法和移相法测量弛豫时间频率测量方法7、CuS

11、O4水溶液H2Oo2(MHz)2(MHz)o2(MHz)2(MHz)内扫法24.4996224.4738224.4958324.48374移相法24.4923024.4641324.4695824.45717CuS4水溶液的半高宽t=0.25msH2O的半高宽t=0.10ms(1)内扫法。将样品放入探头的线圈中，且使样品和线圈置于磁铁的中心(磁场最匀称处)，调整幅度和频率，消失共振信号。读出三峰等间隔时的频率W二峰合一刚消逝一瞬间时的频率V2半高宽加，试验数据见表5。2依据公式72 =计算弛豫时间，其中卬打=2rx50z , r = 0.25/nv,(Wl - W2)VV扫对CkS4水溶液样品

12、T = 0.1510ms2 (24.47382 - 24.49962) 106 2- 50 0.25对H2O样品T = 0.8380m52 (24.48374- 24.49583)106 250 0.1(2)移相法。读出二峰一起在李萨如图形中心时频率v,二峰一起移动到李萨如图形的边缘刚消逝时的频率V2,二峰一起在李萨如图形中心时二半宽的平均值t 0试验数据见表5。2依据公式=-计算弛豫时间，其中,w扫=2万 50Hz，r = 0.25ms则(加一 W2)W扫对CkS4水溶液样品Tz = 0.1439/77524(24.46413-24.49230)1062500.25对“2。样品T = 0.8

13、164/nv2 (24.45717-24.46958) 106 2500.1B。是依据公式=乙&；依据公式r = + 2计算出丁之2T2 T2 2驰豫时间数据处理表横向驰豫时间丁2/10%B0 (T)表观驰豫时间V10-9sCuS4H2OCuSO4H2OCUSO4H2O内扫法0. 15700. 83800. 57930. 58020. 15640. 8362移相法0. 14390.81640. 58010. 57950. 14300.8153从计算结果来看，两种方法计算得到的弛豫时间比较全都，但“2。的核磁共振弛豫时间较大，这是由于“2。的核磁共振信号弱，在用内扫法识别共振信号等间隔或者相邻信

14、号合二唯一时比较困难，因而用移相法测量结果较为精确。此外，两种测量方法均显示CSa水溶液核磁共振弛豫时间较“2。小，这是由于顺磁离子Cu2+电子自旋磁矩与H核自旋磁矩相互作用与顺磁离子在H核四周形成的较强局部磁场共同作用所致。5、测旋磁比和朗德因子调整射频频率分别得到H核和F核的共振信号，等间隔的时候纪录共振频率，见表6表6 HF样品的共振频率核子种类MHZH24.50184F23.03617采用已知的H核的旋磁比，采纳比较法得到F核的g因子匕L =匕g，出,B=508.3mT由上诉公式和已知量得Sh 8fno上=42.223MHzk2乃生=39.697MHz 尸2r=5.539gF =8hv=5.2086、甘油样品的