核磁共振基础实验加原理详细介绍.doc

《核磁共振基础实验加原理详细介绍.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、实验四核磁共振rv对于角动量I(或J)不等于零的粒子,和它相联系的有共线取向的磁矩rμr,μr=γhI,γ称为粒子的回磁比。由这样的粒子构成的量子力学体系，在外磁rr场B中，能级将发生塞曼分裂，不同磁量子数m所对应的状态，其磁矩μ处的0rr空间取向不同，与外磁场B之间有不同的夹角，并以角频率ω=γB绕外场B0000进动。能级附加能量为E=(μI)mB，相邻能级(Δm=±1)之间的能量差为0rΔE=(μI)B。若在垂直于B的平面上，加上一个角频率为ω的交变磁场，当其00r角频率满足ΔE=hω，即ω与粒子绕外场B进动的角频率ω相等

2、时，粒子在相00邻塞曼能级之间将发生磁偶极跃迁，磁偶极跃迁的选择定则是Dm=±1,这种现象称为磁共振。当考虑的对象是原子核（如H1,Li,F等）时，称为核磁共振710（NaclearMagneficResonance缩写为NMR）；对于电子称为电子顺磁共振（或电子自旋共振）。由于磁共振发生在射频(核磁共振)和微波(电子顺磁共振)范围，r磁共振已成为波谱学的重要组成部分。由磁共振时B和ω之间的关系可精确测00定粒子的回磁比γ，它是研究粒子内部结构的重要参数。1946年，美国Stanford大学的Bloch和Hanson与Harv

3、ard大学的Purcell和Pound分别采用射频技术进行了核磁共振实验。由于这一发现。这几位科学家获得了1952年的诺贝尔奖金。近年来，随着科学技术的发展，核磁共振技术在物理、化学、生物、医学等方面得到了广泛的应用。它不但能用于测定核磁矩，研究核结构。也可以用于分子结构的分析，另外，利用核磁共振对磁场进行测量和分析也是目前公认的标准方法。如今，在研究物质的微观结构方面形成了一个科学分支——核磁共振波谱学。核磁共振成像技术已成为检查人体病变方面有利的武器。它的应用必将进一步发展。一、实验目的1、通过调试观察核磁共振现象，了解和

4、掌握稳态核磁共振现象的原理和实验方 法。2、掌握测定物质的旋磁比，g因子及其磁矩的方法。二、实验原理在凝聚态中，热平衡时，相邻能级上粒子遵从玻尔兹曼分布，即N10N=exp(-ΔEKT)20式中角标“1”表示上能级。角标“2”表示下能级。角标“0”表示热平衡时值。T为晶核温度。在通常磁场下，由于核磁矩很小，室温时，ΔE<

5、旋系统的驰豫过程有关。所谓驰豫过程，就是表征系统由非平衡状态趋向平衡状态的过程，该过程所经r历的时间称为驰豫时间。热平衡时，由于每个粒子的磁矩都绕外场B进动，系0rrr统的总磁矩M与外场B的方向相同，M的大小可由不同能级上粒子磁矩的大000小按玻尔兹曼分布求和得到。假设通过某种途径使系统偏离热平衡态。宏观上r表现为系统总磁矩M在实验室坐标系的三个方向上的分量为MxMyM。这z时自旋系统恢复到热平衡态。一是通过与晶格交换能量使由上、下能级粒子数分布根据下式NN=exp(-ΔEKTs)21所确定的自旋体系的温度T最终与晶格的温度T

6、相等。粒子恢复到玻尔兹曼分sr布。M最终等于M，即z0dMzdtM-M0T1=-z此过程称为自旋——晶格驰豫。上式中，T反映了系统纵向磁矩M趋向热平衡1z值时速度的快慢，称为纵向驰豫时间。在自旋系统中，还存在另一种自旋——自旋驰豫过程，称为自旋——自旋相互作用。它不改变自旋粒子体系各能级上粒子数。即不改变自旋系统的总能量。但使系统总磁矩在x、y方向上的分量M和x M逐渐趋向于热平衡值。它遵从下式，ydMdt=-MT2dMdt=-MT2yyxx式中T称为横向驰豫时间。实际上，在核磁共振中，上述的共振吸收与驰豫过2程是同时进行。通

7、过共振吸收，粒子数偏离平衡态分布。另一方面又通过驰豫回到热平衡态。当这两个过程达到动态平衡时，出现稳定的吸收信号，称为稳态核磁共振吸收谱。根据经典电磁理论，假设原子核的电荷密度为r，质量密度为rm,则其核evr磁矩m与角动量p分别为：μr=òvρ(r)(r´υ)dv1rrve2rp=òvρ(r)(r´υ)dvrrrm若原子核分布均匀，也就是ρ与ρ处处成比例。即ρρ=em（e为原子核电ememN荷，m为核质量），则Nrrepμ=（1）2mNμrpr=γ称为旋磁比。可以用核磁共振等实验方法测得。实验证明，式（1）与实验不符，需引进

8、一个g因子，则式（1）可写成rrgepv=γpμ=2mN上式中旋磁比γ=ge/(2m)。g叫朗德因子，是个无量纲的比例系数，对于氢核N来讲，g=5.5851。对质子来讲。对应于玻尔核子可引入核磁子ehμ=N=5.´10-27J/T2mp作为核磁矩的单位。式中m为质子质量。由于