核磁共振试验仪.doc

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1、DH404A0型核磁共振实验仪使用说明书北京大华无线电仪器厂目录1概述2工作原理3安装及使用4实验内容5注意事项6成套性7储存8质量保证1.概述核磁共振实验仪是根据高等院校近代物理实验教学而设计的一套最适用的演示系统。可做观察1Ｈ的ＮＭＲ吸收信号；测定19Ｆ的核磁距；以及用ＮＭＲ方法测量磁场等实验项目。本系统具有造型美观，使用简单，可靠耐用等特点。由于本仪器采用调节电流的方式调节磁场，所以磁场强度的调节较为方便，同时，实现了磁场强度宽范围可调。是高等院校近代物理实验教学最适用的演示仪器。2.工作原理对于质子数和中子数或其一为奇数的原子核有核自旋，其核磁矩μ与核自旋角动量I

2、成正比，可写为：μμ=g*μN*I(1)具有核自旋的原子核，其核磁矩在恒定的外磁场中，能取各种量子化的方位，若在垂直于恒定磁场的方向，加一交变磁场，在适当的条件下，能改变磁矩的方位，使磁矩体系选择的吸收特定频率的交变磁场能量，呈共振现象。本装置就是根据此原理配备的核磁共振实验系统，由样品探头、电磁铁及磁共振仪等几部分构成，外配频率计和示波器即构成完整的核磁共振实验系统，实验系统接线如图一所示。2.1核磁共振仪核磁共振仪通过样品探头一方面提供射频磁场B1，另一方面通过电子电路对B1中的能量变化加以检测，以便观察核磁共振现象。核磁共振仪的方框图见图二。图中边缘振荡器产生射频振荡

3、，其振荡频率由样品线圈和并联电容决定。所谓边缘振荡器是指振荡器被调谐在临界工作状态，这样，不仅可以防止核磁共振信号的饱和。而且当样品有微小的能量吸收时，可以引起振荡器的振幅有较大的相对变化，提高了检测核磁共振信号的灵敏度。在未发生核磁共振时，振荡器产生等幅振荡，经检波器输出的是直流信号，经低频放大器隔直输出到示波器Y轴，显示为一条直线。当满足共振条件发生核磁共振时，样品吸收射频场的能量，使振荡器的振荡幅度变小，因此，射频信号的包络变成由共振吸收信号调制的调幅波，经检波，放大后，就可以把反映振荡幅度大小变化的蝶形共振吸收信号检测出来，可由示波器显示。直流电源为各部分提供工作电

4、压。直流电源扫场电源恒流源调制线圈磁场主线圈边缘振荡器低频放大器检波器示波器样品线圈高频放大器频率计图二核磁共振原理使用方框图2.2电磁铁及调制线圈电磁铁由恒流源激励产生恒磁场,其磁场强度可以从0到几千高斯的范围内连续可调，通过面板上数字电流表（A）和电压表（V）显示磁场线圈中电流的大小和线圈两端的电压值，以表征恒磁场的强度。采用恒流源作激励，保证了磁场强度的高度稳定。样品调制线圈磁场线圈S极N极调制线圈由扫场电源激励产生一个弱的低频（50Hz）交变磁场Bm与稳恒磁场Ｂ０叠加，使得样品1Ｈ核在交流调制信号的一个周期内，只要调制场的幅度及频率适当就可以在示波器上观测到稳定的核

5、磁共振吸收信号。“扫场电流”表头指示流过调制线圈中的电流的大小。从原理公式ω0=γB0可以看出，每一个磁场值只能对应一个射频频率发生共振吸收，而要在十几兆赫的频率范围内找到这个频率是很困难的，为了便于观察共振吸收信号，通常在稳恒磁场方向上迭加一个弱的低频交变磁场Bm,如图三所示（上图为B0和Bm迭加后随时间变化的情况，下图为射频场B1振荡电压幅值随时间变化的情况，图中的B0为某一射频频率对应的共振磁场）。此时样品所在处所加的实际磁场为B0+Bm，由于调制磁场的幅值不大，磁场的方向仍保持不变，只是磁场的幅值随调制磁场周期性的变化，即：ω0＇=γ（B0+Bm）此时只要将射频场的

6、角频率ω＇调节到ω0＇的变化范围内，同时调BB0+Bm共振磁场范围B0tUt图三制场的峰---峰值大于共振场的范围，就可能发生核磁共振，用示波器BBB0B0UtUt图四(a)图四(b)可观察到共振吸收信号，因为只有与ω＇相应的共振吸收磁场范围被（B0+Bm）扫过的期间才能发生核磁共振，可观察到共振吸收信号，其他时刻不满足共振条件，没有共振吸收信号。磁场的变化曲线在一周内能观察到两个共振吸收信号。若在示波器上出现间隔不等的共振吸收信号，这是因为对应射频磁场频率发生共振磁场的B0＇的值不等于稳恒磁场的值,其原理如图四（a）所示。这时如果改变稳恒磁场B0的大小或变化射频场B1

7、的频率，都能使共振吸收信号的相对位置发生变化，出现“相对走动”的现象。若出现间隔相等的共振吸收信号时，如图四（b）所示，则其相对位置与调制磁场Bm的幅值无关，并随Bm幅值的减小，信号变低变宽，如图四（c）所示，此时即表明B0＇与B0相等。BB0U图四（C）磁共振实验仪　　　　　Ｖ　　　　　　　Ａ　　　　　　扫场电流磁场调相扫场边振调节频率调节nnnnng磁场扫场Ｙ轴频率计X轴样品电源nnnn◎◎◎◎　　　　　　　　磁场　　　　　　扫场　　　　　检　波　Ｘ轴　Ｙ轴示波器X轴Y轴◎◎频率计◎◎磁◎扫◎场◎场◎图一：核磁