核磁共振试验资料报告材料65115

应物 0903 班 核磁共振实 验报告 王文广U200910198 苏海瑞U200910218 核磁共振实验报告 一、实验目的一、实验目的 1．了解核样共振的基本原理 2．学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的 g 因子的方法 二、实验容二、实验容 1．在加不同大小扫场情况下仔细观察水样品的核磁共振现象， 记录每种情况下的共振峰形和对应的频率 2．仔细观察和判断扫场变化对共振峰形的影响，从中确定真正 能应永久磁铁磁场B 0 的共振频率， 并以此频率和质子的公认旋磁比值   267.52MHz/T计算样品所在位置的磁场B 0 3．根据记录的数据计算扫场的幅度 4．研究射频磁场的强弱对共振信号强度的影响 5．观察聚四氟乙烯样品的核磁共振现象，并计算氟核的g 因子 三、实验原理三、实验原理 1．核磁共振现象与共振条件 原子的总磁矩 j 和总角动量P j 存在如下关系  j  g 为原子的旋磁比 2 B e P j  gP j P j 2m e h e为朗德因子，e、m e是电子电荷和质量，B称为玻尔磁子， 对于自旋不为零的原子核， 核磁矩 j 和自旋角动量P j 也存在如下 关系  I  g N 2 N e P I  g N P I P I 2m p h 按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场 B 0 中能级将发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差 E，当有外界条 件提供与E相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁， 比如赛曼能级的能量差为 E  h= B 0h的氢核发射能量为 h 的光子，当 2 B 0h时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级， 2 这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振” 由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为  0 B 0 2．用扫场法产生核磁共振 在实验中要使h= B 0h得到满足不是容易的，因为磁场不是容易 2 控制，因此我们在一个永磁铁 B 0 上叠加一个低频交谈磁场 B  B m sint， 使氢质子能级能量差 h B 0  B m sint有一个变化的区域， 2 调节射频场的频率，使射频场的能量 h 能进入这个区域，这样在某 一瞬间等式 h B 0  B m sint总能成立。如图， 2 h B 0  B m sint， 2 由图可知，当共振信号非等间距时共振点处 B m sint未知，无法利用等式求出B 0 的值 调节射频场的频率使共振信号等间距时，共振点处B m sint=0， h= B0h ，B 0 的值便可求出 2 四、实验装置四、实验装置 示波器、边限振荡器、频率计、电源、样品、扫场线圈、永久磁 铁、频率计 五、实验过程五、实验过程 1．实验准备 2．观察现象 3．测量共振频率 六、实验记录和数据处理 1．加不同扫场观察核磁共振 这里用的样品是水，观察质子的核磁共振 记当共振信号出现共振点的频率为f 1 当共振信号等间距时共振点频率f 2 当共振信消失时共振点的频率为f 3 扫场电压(V) 100 75 50 f 1 MHz f 2 MHz f 3 MHz 24.616 24.629 24.641 24.674 24.671 24.671 24.718 24.706 24.692 25 5 ○ 1 由公式h= 24.654 24.663 24.668 24.667 24.680 24.670 B 0h 2  B 0  可计算出B 0 的值 2 数据中共振信号等间隔时的共振频率相差不大， 这应该是由实验 仪器造成的我们在计算B 0 的时候取的平均值=f 2i 24.670MHz i1 5 B0 2  = 224.670MHz =0.579T 267.52MHz/T 2 计算扫场的幅度 ○ h B 0  B m sint 2 hhf   1 2 B 0 B m   h hf 2 B 0 2  hhf   3 2 B 0 B m   h  B m  f 3  f 1   在上面的推导中，我们之所以用f 1, f2 是为了减小误差 U  U  由上面的五组数据得U  U U  100V,  75V , 50V ,  25V , 5V, B m 1.20103T; B m 9.04104T; B m 5.99104T; B m 3.05104T; B m 8.22104T. 根据计算的结果， 发现扫场的大小B m和电压的大小U 是成线性的 2．射频磁场的强弱和共振信号强度的关系 射频磁场的强度我们用装有样品的面板上的幅度旋钮进行调节， 所以射频磁场强度用幅度来表示； 共振信号的强度我们通过示波器上 波形的高度 Y 来表示。 射频磁场强度 10 9.8 9.6 9.4 9.2 9.11 9 8 示波器读数 1.8 3 3.4 2.5 3.8 3.0 2.2 2.9 放大倍数 0.05 0.05 0.1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.2 共振信号强度 0.09 0.15 0.34 1.252 1.9 1.5 1.1 0.58 7 6 2.5 2.0 0.1 0.1 0.25 0.2 由图像可知，共振信号的强度先随着射频磁场的增强而增强， 到 达峰值后随着射频磁场的增强而减弱。 3．观察聚四氟乙烯样品的核 磁共振现象，并计算氟核的 g 因子 水样品的共振信号聚四氟乙烯的共振信号 在实验过程中，调出聚四氟乙烯的共振信号比较麻烦，因为氟原 子的共振信号比较弱，这一点可以由以上两幅图像对比可以看出， 水 样品的共振信号非常明显，而聚四氟乙烯的共振信号很弱。 在实验得到的聚四氟乙烯的共振频率为 24.207MHz，  0 B 0  0 B 0  g  h 2 N  1836h1836h 0 1836hf  2 N 2 N B 0  B B 0 18366.02103424.207106  927.410260.579  4.98 计算得到的氟的 g 因子为 4.98