用NMR方法校验特斯拉计

用NMR 方法校验特斯拉计

摘 要：核磁共振（NMR)是近代物理实验中的一个重要实验，可用于精确测量磁场强度。而特斯拉计是最直接的用于测量磁场强度的仪器，但其测量误差较大。本文用了NMR 方法来校验特斯拉计。

关键词：核磁共振，特斯拉计，磁场强度

1、引言

NMR （Nuclear Magnetic Resonance ）为核磁共振。是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。

核磁共振适合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D ）发展到如今的二维（2D ）、三维（3D ）甚至四维（4D ）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。

测量磁场有许多方法，其中用特斯拉计测量是一种简单、方便、快捷的方法。但其精度有限，并且需要做一定的修正（如调零修正）。

2、实验原理

NMR 的实验方法可采用两种不同的射频技术：其一是稳态法，用连续的弱射频场

用于原子核系统，以观测NMR 波谱；其二是瞬态法，用脉冲的强射频场作用于原子核系统，以观测核磁矩弛豫过程的自由感应现象。

实现核磁共振要把核磁矩不为零的样品至于恒定磁场0B 中，并在垂直于0B

方

向施加一角频率为ω的交变磁场B '

，若满足条件

o B γω=

便发生核磁矩塞曼能级的共振跃迁。上式也叫做共振条件。共振频率的大小与磁场0

B

的大小成正比（其中

γ是原子核的回磁比，反映核结构的参数）。 若样品的回磁比

γ

已知，并在共振条件下测出交变频率

ω，就可以根据共振

条件精确的测出磁场。此测量值可认为是理论值，并可以做为其它磁场测量值的参照值。

而特斯拉计是初略测量磁场强度的仪器，用NMR 的实验方法测出磁场强度是准确值，所以可以用于特斯拉计的校验。

3、实验仪器

核磁共振仪，水样品，特斯拉计A(NO2002410)，特斯拉计B （NO2002411）

4、 实验过程

（1）用NMR 法测量磁场强度

调整好仪器设备，放入水样品进行实验，测出共振时的频率f 和相应的I 值；用测得的f 求出对应的B 值，作出I-B 图，并求出I-B 直线方程。

（2）用特斯拉计测量磁场强度.

分别用特斯拉计A 和特斯拉计B 测量电流I 对应的B 值，作出I-B 图，并求出相应的直线方程。

5、实验测量数据与实验数据处理

5.1、用NMR 法确定磁场强度

实验数据及结果见表1和图1。

表1：NMR 法测磁场强度

f(KHz) 11028.54 11047.22 11067.11 11089.07 11107.02 I(A) 1.468 1.471 1.474 1.477 1.479 磁场（mT ）

259.025

259.464

259.931

260.447

260.868

图1 NMR法测磁场所得实验曲线

5.2、用特斯拉计测定磁场

(1)特斯拉计A测定磁场

实验数据及结果见表2和图2

表2：特斯拉计A测磁场强度

I(A) B(mT)

1.201 212

1.232 217

1.264 222

1.299 228

1.333 234

1.357 237

1.389 243

1.407 247

1.421 249

1.434 251

1.447 254

1.459 256

1.488 258

1.504 261

图2特斯拉计A测磁场所得实验曲线

(2)特斯拉计B测定磁场

实验数据及结果见表3和图3

表3：特斯拉计B测磁场强度

I(A) B(mT)

1.214 232

1.241 236

1.268 241

1.302 248

1.331 253

1.366 259

1.396 264

1.421 269

1.437 272

1.45 274

1.467 277

1.478 279

1.492 282

1.503 284

图3特斯拉计B测磁场所得实验曲线

5.3、导出校验公式

由表1、图1可知磁场与励磁电流的关系为：B0=166.07I+15.199

由表2、图2可知特斯拉计A磁场与励磁电流的关系为：B10=165.97I+12.608，

由表2、图2可知特斯拉计B磁场与励磁电流的关系为：B11=180.34I+12.684，

经计算可得，特斯拉计A（NO2002410）校验公式为：

B= B10+2.591

特斯拉计B（NO2002411）校验公式为：

B=0.921B11 +3.519

6、结束语

通过核磁共振（NMR）方法测出标准的磁场强度B,对特斯拉计NO2002410、特斯拉计NO2002411进行校验，分别得出相应的校验公式。

参考文献

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