微波顺磁共振核磁共振实验报告

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1、顺磁共振1、实验原理：一、电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩原子中的电了-由于轨逬运动，具奋轨道磁矩，莫数仉为:///=--—P,货号表示方向同巧相反2me在萤子力学中f=^//(/+1)为，因而"/=>/,(,+1)~^~=加+1)/^efi2m称为玻尔磁子，电+除丫轨道运动外还具冇门旋运动，w此还具冇n旋磁街,其数值衣尔为由于原子核的磁矩可以忽略不计,原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成原子的总磁矩:^=ST-pj2m中g是朗德因子，5=1+;G+i)-z(/+i)+*+i)27(7+1)在外磁场中原了•

2、磁妬獎受到力的作川,其效果足磁矩绕磁场的方向作旋进,也就是Pj绕着磁场方叫作旋进,引入回磁比r=-g2m总磁矩可表示成//z=yP.om时原子角动展门和原子总磁矩//;収向足展子化的。/^在:外磁场方向上的投影为:Pj=滅m=j，j-，j-2，".-j其屮m称为磁显子数，相成磁矩奔:外磁场力*叫上的投影为:Ay=7mti=-fnS^nm=j，j—1，y-2,…二、屯子顺磁共振原子磁矩与外磁场B栉互作用可表示为：£■二-/zy•B=-mgjUBB=-ymhB不同的磁景子数m所对应的状态表示不同的磁能级

3、，相邻磁能级间的能贵差为△£=/办万，它足山原子受磁场作川而旋进产生的附加能量。如泶4:原子所迕的稳定磁场区乂登加一个与之垂直的交变磁场，且角频率69满足条件方仞=g戸即ha）=E=yhB，刚好满足原子在稳定外磁场中的邻近二能级差时，二邻近能级之问就苻共搌跃迁，我们称之为电子顾磁共振。当原子结合成分子或固体时，由于电子轨道运动的州动虽常是猝灭的，即Pz.近似为零，所以分子和阀体中的磁炻主耍足电了m旋磁矩的贡献。根椐泡利取理，一个屯了轨道诚多只能容纳两个□旋相反的屯了•，若电了-轨道都波屯子成对地坝满

4、f，它们的自旋磁矩相互抵把，便没存固苻磁矩。通常所见的化合物大多数屈于这种怙况，因而电子顺磁共振只能研究具苻未成对也子的特殊化合物。三、弛豫时阀实验样品足含有大垣具打不成对屯子白旋所组成的系统，姐然各个粒子都具荷磁紙，例足在热运动的扰动下，収向是混乱的，对外的合磁矩为零。当^旋系统处在恒定的外磁场H0中时，系统内各质点的磁矩使以不同的州度収向磁场H0的方向，并绕着外场方向进动，从而形成一个勾外磁场方向一致的宏观磁矩M。当热平衡时，分布在各能级t的粒了数服从波邛兹曼定什，即：式中k足波珲兹曼黹数，k=l

5、.3803X10-16（尔格/度〉，T是绝对温度。计算农明，低能级上的粒子数略比离能级L的粒子数多儿个。这说明要现实出宏观的共振吸收现象所必要的条件，既山低能态向卨能级跃迁的粒子数比山离能级叫低能级跃迁的粒T数要多•足满足的。正足这一•微弱的上下能级粒了数之差提供丫我们观测it!子顺磁共振现象的可能性，2、实验装S做波顺磁共振实验系统山三旭米阆态信兮发生器，隔离器，可变衮减器，波1<;计，魔T,匹配负战.单螺调配器，品体检波器，矩形样品谐振腔，網介片，磁井振实验仪，电磁铁等组成，为使联结方便，增加了H

6、面穹波导，波导支架等元件三鹿米间态信号发免器:是一•种使用体效应管做振荡源的信号发生器，力顺磁共振实验系统提供微波振荡信兮。隔离器：位于磁场中的莱些铁氧体材料对于来自不同方叫的电磁波冇卷不同的吸收，经过适当调节，可使其哦对微波其冇单方向传播的特性。隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和中•向估输作川。可赍袅减器：把-片能吸收做波能虽的吸收片雉直与矩形波异的宽边，纵叫插入波导管即成，用以部分袋减传输功率，沿卷宽边移动吸收可改变裒减虽的大小。袋减器起调节系统中微波功中.以及去耦合的作用。波长农：电磁波通过

7、耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率U•的腔体失游吋，腔里的电磁场极为微剝，此吋，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波异屮的屯磁波信号强度将减弱.输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套简可读出输入微波谐振时的刻度，通过杳表可得知输入微波谐振频率。匹配负载：波异中装冇很好地吸收微波能虽的屯附片或吸收材料，它儿乎能全部吸收入射功中-。微波源：微波源可采用反射式速调管微波源或固态微波源。本实验采用3cnihM态微波源，它具冇

8、寿命忪、输岀频率较稳定等优点，川孔:作微波源时，ESR的实验装咒比采川速凋管简中-。因此阎态微波源固前使用比较广泛。通过调节阎态微波源谐振腔屮心位S的调谐螺钉，可使谐振腔固冇频率发生变化。调节二极管的工作电流或谐振腔前法兰盘中心处的调妃螺钉可改殳微波输出功率。魔T:魔T是一个具有与低频电桥和类似特征的微波元器件，如阁（2）所示。它有网个竹，相当于一个E〜T和一个II〜T组成，故又称双T，是一种互易无损耗四端口网络，具有“双锊瞄离，旁货平分”的特性。利用四