实验四核磁共振.doc

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1、实验四核磁共振物理学院物理系00004037贾宏博同组：00004038孙笑晨00004039朱海涛实验日期：2003年4月10日1实验目的掌握稳态核磁共振现象的原理和实验方法，测量氟核和氘核的g因数，求出其磁矩。2实验原理2.1g因数根据经典电磁理论，因为激光打印机可能无法分辨黑体，故矢量一律以带顶箭头表示。，其中为核磁矩，为角动量，为原子核电荷，为核的质量。称为回磁比。但实验测得数据与理论不符，于是引入一个g因数：（4-1）2.2磁化强度矢量在外磁场中的运动单位体积核的磁化强度矢量以表示，，在外磁场中中，（

2、4-2）以频率绕进动。2.3弛豫时间2.3.1宏观理论当体系偏离热平衡状态时，的z分量（静磁场方向的分量）按如下规律趋于热平衡值：（4-3）称为纵向弛豫时间，反映沿外加磁场方向整个样品的磁矩恢复到平衡值需要的时间。6又称自旋——晶格弛豫时间。而的x,y分量也按下述规律趋于零：，（4-4）称为横向弛豫时间，起源于自旋粒子与邻近的自旋粒子之间的相互作用，又称自旋——自旋弛豫时间。2.3.2量子描述上下能级粒子差数相对于热平衡值的大小，随时间t的增加按指数规律以时间常数趋于0。每一个核磁矩由于处于近邻其他核磁矩或所加

3、的顺磁性物质的磁矩造成的局部磁场略有不同，它们的进动频率也不完全一样。如果某个t=0时刻所有核磁矩在x-y平面上的投影位置相同，则经过时间后，这些核磁矩在x-y平面上的投影位置将均匀分布，完全无规。1.1Bloch方程式与共振吸收假设外场和弛豫作用对同时存在作用且互不干扰，则有Bloch方程式：（4-5）取一新坐标系，与旋转磁场以同一频率旋转，设和是在平面上的分量。则当时，会有稳态解。和分别被称为色散信号和吸收信号。在外加磁场的频率等于在磁场中的进动频率时，出现共振吸收。1.2磁能级与磁共振由于磁矩的空间取向是

4、量子化的，所以磁矩与外场的相互作用也是不连续的，形成等距分裂的能级，相邻能级的能量差为。当垂直于恒定磁场的平面上同时存在一个射频场，其频率满足（4-6）最基本的此时将发生磁偶极共振跃迁。1.3共振吸收的信号饱和与线宽设为动态平衡时上下能级的粒子差数，为受激辐射与受激吸收的跃迁概率，有（4-7）6系统吸收的电磁波能量是与呈正比的，当时将完全饱和，看不到吸收现象。因此为了观察到较强的共振吸收信号，就要求跃迁概率小和自旋——晶格弛豫时间小，而跃迁概率与呈正比，所以要求射频场小。当射频场不是很强时，吸收谱线半宽度为（4

5、-8）1实验仪器永久磁铁、50Hz可调交变线圈、频率计、示波器、待测样品、边线振荡器（与样品探头做在同一装置）2实验方法、内容和数据2.1用掺FeCl3的纯水样品观察质子的核磁共振现象并校准永久磁铁的磁感应强度，给出的范围和减小误差的方法。2.1.1观察共振信号并确定磁场最均匀的位置连接线路，开始可以将50Hz交变线圈磁场（扫场信号）的幅度调大些，样品放好，调节边限振荡器的频率直至示波器上出现共振信号。移动样品盒在木座上的左右位置，当发现共振信号的波形在样品位置过于靠左或靠右时幅度明显较小，且尾波明显较少。在中

6、央区域移动时，波形幅度变化不明显，但尾波仍有变化。找到尾波最多的位置，此即永久磁铁磁场最均匀的位置。样品盒右端位置在木座标尺上读数，此后每个样品均放此位置。2.1.2测量永久磁铁的磁感应强度以及误差确定磁场最均匀位置后，逐渐减小扫场信号的幅度，并同时调节边限振荡器的频率使得示波器上始终有共振信号。当扫场信号尽量小（必须保持有共振信号）后，将示波器x轴时基取为5ms，细调边限振荡器，使得两个共振峰的间距恰好为10ms（两个大格）。记下对应的振荡频率。因为扫场信号的周期为20ms，而在一个扫场周期内，每个磁场值恰有

7、两次出现，为了保证测得与对应的，必须使。对应的两个共振峰为等间隔并且都是10ms。而若，为扫场信号的幅度，则每两个共振峰合为一个，间隔变成20ms，与此对应有两个频率和。据此可以估计因扫场信号引起的误差为，或。因为边限振荡器有漂移，读数取稳定的位数6位即可，这样读数误差比小很多可忽略，就是的总误差。，6。24.055224.056324.05400.000125.2e-642.5763750.5649892.9e-6表4-1用掺FeCl3的纯水样品校准永久磁铁的磁感应强度永久磁铁中心磁场1.1测量氟核和氘核的g

8、因数。分别测出聚四氟乙烯和重水的共振频率，由（4-1）和（4-6）式可得（4-9）取4.1步骤中测得值。。相对误差，的测量方法同4.1所述。1.1.1用聚四氟乙烯测量氟核的g因数，如表4-2。22.630622.645422.62100.00125.3e-55.25485.3e-52.8e-4表4-2用聚四氟乙烯样品测量氟核的g因数氟核1.1.2用重水测量氘核的g因数，如表4-3。3.