核磁共振实验报告

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

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、实验内容

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0B 的共振频率，并以此频率和质子的公认旋磁比值

()267.52MHz /T γ=计算样品所在位置的磁场0B

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

1．核磁共振现象与共振条件

原子的总磁矩j μr

和总角动量j P r

存在如下关系

22B j j j j

e e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==r

r r r

为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子，为原子的旋磁比

对于自旋不为零的原子核，核磁矩j μr

和自旋角动量j P r

也存在如下

关系

22N I N I

N I I p e g P g P P m h πμμγ=-==r

r r r

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

0B 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02B h

E γπ

∆=

的氢核发射能量为h ν的光子，当0=

2B h

h γνπ

时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，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

00B ωγ=

2．用扫场法产生核磁共振 在实验中要使0=

2B h

h γνπ

得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场

sin m B B t ω=，使氢质子能级能量差

()0sin 2m h

B B t γωπ

+有一个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式

()0sin 2m h

B B t γωπ

+总能成立。如图， 由图可知，当共振信号非等间距时共振点处

()0sin 2m h

B B t γωπ

+，

sin m B t ω未知，无法利用等式求出0B 的值

调节射频场的频率ν使共振信号等间距时，共振点处sin =0m B t ω，

0=

2B h

h γνπ

，0B 的值便可求出 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 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1f 当共振信号等间距时共振点频率2f 当共振信消失时共振点的频率为3f

○1由公式002=2B h h B γπν

νπγ

⇒=可计算出0B 的值

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0B 的时候取ν的平均值5

21=24.670MHz i i f ν=∑

02224.670MHz

=

=0.579T 267.52MHz/T

B πν

πγ

⨯=

○

2计算扫场的幅度 ()()()()

01020

3031sin 2222m m m m h h B B t h hf B B h hf B h hf B B f f B γ

νωπ

γπγπγππγ

=+⎧=-⎪⎪

⎪

⇒=⎨⎪

⎪=-⎪⎩-⇒=

在上面的推导中，我们之所以用12,f f 是为了减小误差

由上面的五组数据得34444100, 1.2010;75,9.0410;50, 5.9910;25, 3.0510;5,

8.2210.

m m m m m U V B T U V B T U

V B T U V B T U V

B T -----⎧==⨯⎪==⨯⎪⎪

==⨯⎨⎪==⨯⎪⎪==⨯⎩

根据计算的结果，发现扫场的大小m B 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。

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 ，

00

000346

261836183618362221836 6.021024.20710927.4100.579

4.98

N

N N B B B h h h hf

g B B ωγωγωγγπμπμπμμ--=⇒=⇒=

=

==⨯⨯⨯⨯=

⨯⨯=

计算得到的氟的g 因子为4.98