袁礼文 核磁共振稳态吸收

《袁礼文 核磁共振稳态吸收》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实用标准实验2.3核磁共振的稳态吸收学号：10329073姓名：袁礼文班别：10光信息2班合作人：徐泳钧实验日期：2012/10/08-2012/10/15【引言】核磁共振（简称NMR）是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象，它源于1939年美国物理学家拉比（I.I.Rabi）所创立的分子束共振法实现了核磁共振这一物理思想，并通过实验精确地测定了原子核的磁矩，为此他获得了1944年的诺贝尔物理学奖。1946年伯塞尔（E.M.Purcell）小组和布洛赫（F.Bloch）小组分别在石蜡和水这类一般凝聚态物质中观测到稳态的NMR信号，为此他们

2、分享了1952年的诺贝尔物理学奖。NMR技术在当代科技中有着极其重要的作用，已广泛应用于许多学科的研究，成为分析测试不可缺少的技术手段。核磁共振可采用稳态法和瞬态法两种不同的射频技术，本实验采用连续射频场作用于原子核系统，观测NMR的稳态吸收过程。【实验目的】1、了解核磁共振的基本原理；2、利用核磁共振的方法测量样品的旋磁比、核朗德因子和原子核磁矩。3、了解利用核磁共振精确测量磁场强度的方法。【实验原理】1．单个核的磁共振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；为电子电荷；为质子质量；为朗德因子。对氢核来说，按照量

3、子力学，原子核角动量的大小由下式决定文案大全实用标准式中，为普朗克常数。I为核的自旋量子数，可以取对氢核来说把氢核放入外磁场中，可以取坐标轴ｚ方向为的方向。核的角动量在方向上的投影值由下式决定（2—3）式中称为磁量子数，可以取。核磁矩在方向上的投影为将它写为（2—4）式中称为核磁子，是核磁矩的单位。磁矩为的原子核在恒定磁场中具有的势能为任何两个能级之间的能量差为（2—5）考虑最简单情况，对氢核而言，自旋量子数，所以磁量子数m只能取两个值，即。磁矩在外磁场方向上的投影也只能取两个值，如图2—1中的（a）所示，与此相对应的能级如图2—1中（b）所示。文案大全实用标准根据

4、量子力学中的选择定则，只有的两个能级之间才能发生跃迁，这两个能级之间的能量为由这个公式可知：相邻两个能级之间的能量差与外磁场的大小成正比，磁场越强，则两个能级分裂也越大。如果实验时外磁场为，在该稳恒磁场区域又叠加一个电磁波作用于氢核，如果电磁波的能量恰好等于这时氢核两能级的能量差，即（2—7）则氢核就会吸收电磁波的能量，由的能级跃迁到的能级，这就是核磁共振的吸收现象式（２—７）就是核磁共振条件。为了应用上的方便，常写成（2—8）1．核磁共振信号的强度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

5、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：（2—9）式中N1为低能级上的核数目，N2为高能级上的核数目，为上下能级间的能量差，ｋ为玻尔兹曼常数，Ｔ为绝对温度。当时，上式可以近似写成（2—10）上式说明，低能级上的核数目比高能级上的核数目略微多一点。对氢核来说，如果实验温度T=300K，外磁场B0=1T，

6、则文案大全实用标准这说明，在室温下，每百万个低能级上的核比高能级上的核大约只多出７个。这就是说，在低能级上参与核磁共振吸收的每一百万个核中只有７个核的核磁共振吸收未被共振辐射所抵消。所以核磁共振信号非常微弱，检测如此微弱的信号，需要高质量的接收器。由式(2—10)可以看出，温度越高，粒子差数越小，对观察核磁共振信号越不利。外磁场越强，粒子差数越大，越有别于观察核磁共振信号。一般核磁共振实验要求磁场强一些，其原因就在这里另外，要想观察到核磁共振信号，仅仅磁场强一些还不够，磁场在样品范围内还应高度均匀，否则磁场多么强也观察不到核磁共振信号。原因之一是，核磁共振信号由式（

7、2—7）决定，如果磁场不均匀，则样品内各部分的共振频率不同。对某个频率的电磁波，将只有少数核参与共振，结果信号被噪声所淹没，难以观察到核磁共振信号。【实验技术分析】核磁共振实验仪主要包括磁铁及调场线圈、探头与样品、边限振荡器、磁场扫描电源、频率计及示波器。实验装置图如图2所示。图2-2核磁共振实验装置示意图（1）稳恒磁场磁铁的作用是产生稳恒磁场文案大全实用标准，它是核磁共振实验装置的核心，要求磁铁能够产生尽量强的、非常稳定、非常均匀的磁场。首先，强磁场有利于更好的观察核磁共振信号；其次，磁场空间分布均匀性和稳定性越好则核磁共振实验仪的分辨率越高。核磁共振实验装置