(完整word版)核磁共振实验报告--近代物理实验
核磁共振物理实验报告
核磁共振物理实验报告核磁共振物理实验报告一、引言核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种重要的物理现象和实验技术，广泛应用于物理学、化学、生物学等领域。
本实验旨在通过核磁共振实验，探索其基本原理和应用。
二、实验原理核磁共振是基于原子核在外加磁场中产生的共振现象。
原子核具有自旋，当处于外加磁场中时，原子核的自旋会与磁场方向平行或反平行，形成两个能级。
通过给原子核施加一定的能量，使其从低能级跃迁到高能级，再通过核磁共振的方式进行探测和分析。
三、实验步骤1. 样品制备：选择适当的样品，如水、酒精等，制备样品溶液。
2. 样品装填：将样品溶液装填到核磁共振仪的样品室中。
3. 外加磁场：打开核磁共振仪的磁场开关，产生一个稳定的外加磁场。
4. 脉冲磁场：通过给样品施加脉冲磁场，使原子核从低能级跃迁到高能级。
5. 探测信号：利用探测线圈接收样品中的核磁共振信号。
6. 信号处理：通过信号处理系统对接收到的信号进行放大、滤波等处理。
7. 数据分析：根据信号的频率、幅度等特征，进行数据分析和解读。
四、实验结果与讨论通过实验观察和数据分析，我们得到了样品的核磁共振信号。
通过对信号的频率和幅度进行分析，我们可以确定样品中原子核的种类和数量。
同时，通过改变外加磁场的强度和方向，我们可以进一步研究样品的物理性质和分子结构。
核磁共振技术在医学领域有广泛的应用。
例如，核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）可以用于人体内部器官和组织的无创成像，对疾病的早期诊断和治疗起到了重要作用。
此外，核磁共振还可以用于研究材料的物理性质和化学反应机理，推动了材料科学的发展。
然而，核磁共振实验也存在一些挑战和限制。
首先，核磁共振实验对设备的要求较高，需要稳定的磁场和高灵敏度的探测系统。
其次，样品的制备和处理也需要一定的技术和经验。
此外，核磁共振实验还受到样品浓度、温度等因素的影响，需要进行仔细的实验设计和控制。
近代物理实验_光磁共振实验深圳大学
深圳大学实验报告课程名称：近代物理实验实验名称：光磁共振实验报告学院：物理科学与技术学院组号 09 指导教师：陈静秋报告人：学号：班级： 01实验地点科技楼B105 实验时间：实验报告提交时间：mF=F，F－1，…，－F，因而一个超精细能级分裂为2F＋1个塞曼子能级．设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF，μF与外磁场B0相互作用的能量为E＝－μF·B0＝gF mF μF B0 （9.4.1）这正是超精细塞曼子能级的能量．式中玻尔磁子μB＝9．2741×10－24J·T－1 ，朗德因子gF= gF [F(F+1)+J(J+1)－I（I＋1）] ? 2F（F＋1）（9.4.2）其中gJ= 1+[J(J+1)－L(L+1)+S（S＋1）] ? 2J（J＋1）（9.4.3）上面两个式子是由量子理论导出的，把相应的量子数代入很容易求得具体数值．由式（9.4.1）可知，相邻塞曼子能级之间的能量差ΔE＝gF μB B0 ，（9.4.4）式中ΔE与B0成正比关系，在弱磁场B0＝0，则塞曼子能级简并为超精细结构能级．2．光抽运效应．在热平衡状态下，各能级的粒子数遵从玻耳兹曼分布，其分布规律由式(9．0.12)表示．由于超精细塞曼子能级间的能量差ΔE很小，可近似地认为这些子能级上的粒子数是相等的．这就很不利于观测这些子能级之间的磁共振现象．为此，卡斯特勒提出光抽运方法，即用圆偏振光激发原子．使原子能级的粒子数分布产生重大改变．由于光波中磁场对电子的作用远小于电场对电子的作用，故光对原子的激发，可看作是光波的电场分布起作用．设偏振光的传播方向跟产生塞曼分裂的磁场B0的方向相同，则左旋圆偏振的σ﹢光的电场E绕光传播方向作右手螺旋转动，其角动量为?；右旋圆偏振的σ－光的电场E绕光传播方向作左手螺旋转动，其角动量为－?；线偏振的π光可看作两个旋转方向相反的圆偏振光的叠加，其角动量为零．现在以铷灯作光源．由图9.4.1可见，铷原子由5 2P1?2→5 2S1?2的跃迁产生D1线，波长为0．7948μm；由5 2P3?2→5 2S1?2的跃迁产生D2线，波长为o．7800μm．这两条谱线在铷灯光谱中特别强，用它们去激发铷原子时，铷原子将会吸收它们的能量而引起相反方向的跃迁过程．然而，频率一定而角动量不同的光所引起的塞曼子能级的跃迁是不同的，由理论推导可得跃迁的选择定则为ΔL＝±1 ，Δ F＝0，±1，ΔmF＝±1 。
核磁共振 近代物理实验
【实验装置】
。
总磁场为B=B0+ B~
B~ Bm sinmt 为扫场
图7-1-1 核磁共振实验装置
【核磁共振信号】
图7-1-2（a）核磁共振信号
图7-1-2（b）等间隔核磁共振信号
图7-1-3 瞬时共振吸收信号
【实验内容】
1．方案一（约需4课时） （1）分析磁场不均匀性对核磁共振信号的影响。
肝癌病燥的核磁共振图像
【实验目的】
1、掌握核磁共振的基本原理和实验方法。 2、分析各种因素对核磁共振现象的影响。 3、观察几种物质的核磁共振现象，学习测量核磁共振的方法。
【实验原理】
原子核具有自旋磁矩，核磁矩与外磁场B0的相互作用能为
E
I
B0
I
z B0mB0m I, I 1, ,I 1,I
原来的一个能级分裂为2I+1个次能级（塞曼分裂），相邻次能级 间的能量差为
E 0 B0 g N B0
在稳恒的外磁场B0作用下，如果存在一个与B0和总的核磁矩组成 的平面相垂直的旋转磁场B1，当B1的角频率等于ω0时，原子核 将吸收此旋转磁场的能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振 。
近代物理实验
核磁共振
（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）
周丽霞
布洛赫（Felix Bloch）1905-1983 瑞士裔美国人斯坦福大学理论和实验物理学家 因发现水的核磁共振现象获1952年诺贝尔物理学奖
珀塞尔（Edward Purcell）1912-1997 美国麻省理工学院实验物理学家 因发现石蜡的核磁共振现象获1952年诺贝尔物理学奖
（2）测定CuSO4水溶液和纯水的核磁共振横向弛豫时间T2 ，分析顺磁离子的弛豫效应。
核磁实验报告结果(3篇)
第1篇实验名称：核磁共振实验实验日期： 2023年10月15日实验地点：核磁共振实验室实验仪器：核磁共振谱仪、示波器、射频发射器、探头、样品等实验目的：1. 了解核磁共振的基本原理及其在物质结构分析中的应用。
2. 学习核磁共振谱图的解析方法。
3. 掌握核磁共振实验的基本操作流程。
实验原理：核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是利用具有磁矩的原子核在外加磁场中吸收特定频率的射频能量，产生共振现象的一种技术。
通过分析共振信号，可以获得有关原子核的性质和周围环境的信息。
实验内容：1. 样品准备：选取实验样品，并将其置于核磁共振谱仪的样品管中。
2. 磁场调节：调节核磁共振谱仪的磁场强度，使其与样品中原子核的进动频率相匹配。
3. 射频发射：发射特定频率的射频脉冲，激发样品中的原子核。
4. 信号采集：利用示波器采集原子核的共振信号。
5. 数据分析：对采集到的信号进行分析，解析核磁共振谱图。
实验结果：1. 核磁共振谱图：- 通过核磁共振谱图，观察到样品中存在多种化学环境不同的氢原子核。
- 谱图中峰的位置、形状和强度反映了不同化学环境中氢原子核的性质。
2. 化学位移：- 化学位移是核磁共振谱图中峰的位置，反映了原子核周围电子云的密度。
- 通过化学位移，可以确定不同化学环境中氢原子核的种类和数量。
3. 自旋耦合：- 自旋耦合是指相邻化学环境中氢原子核之间的相互作用，表现为谱图中峰的分裂。
- 通过自旋耦合，可以确定分子中相邻原子核之间的关系。
4. 峰面积：- 峰面积反映了不同化学环境中氢原子核的数量。
- 通过峰面积，可以确定分子中不同化学环境的氢原子核的比例。
讨论与分析：1. 核磁共振谱图分析：- 根据核磁共振谱图，可以确定样品中存在的有机物结构。
- 通过比较谱图与标准谱图，可以确定有机物的种类和含量。
2. 化学位移分析：- 化学位移可以提供有关样品中氢原子核周围电子云密度和化学环境的信息。
近代物理实验 实验报告
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 材物二班 姓名： 焦方宇 同组者： 杜圣 教师：周丽霞光泵磁共振【实验目的】1.观察铷原子光抽运信号，加深对原子超精细结构的理解2.观察铷原子的磁共振信号，测定铷原子超精细结构塞曼子能级的朗德因子。
3.学会利用光磁共振的方法测量地磁场 【实验原理】1．Rb 原子基态及最低激发态的能级在第一激发能级5P 与基态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线，谱线为双线。
2/12P 5到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D1 线，波长是794nm ；2/12P 5 到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D2 线，波长是780nm 。
在核自旋 I = 0 时，原子的价电子L-S 耦合后总角动量PJ 与原子总磁矩μJ 的关系 μJ=-gJe2 （1）1)2J(J )1S (S )1L (L )1J (J 1g J ++++-++= （2）I ≠0时，对Rb 87， I = 3/2；对Rb 85， I = 5/2。
总角动量F= I+J,…,| I-J |。
Rb 87基态F 有两个值：F = 2 及F = 1；Rb 85基态有F = 3 及F = 2。
由F 量子数表征的能级称为超精细结构能级。
原子总角动量与总磁矩之间的关系为：μF=-gFe2m PF （3）1)2F(F )1I (I )1J (J )1F (F g g JF ++-+++= （4）在磁场中原子的超精细结构能级产生塞曼分裂，磁量子数F m ＝F, F-1, … ,-F ，裂成2F ＋1 个能量间隔基本相等的塞曼子能级。
在弱磁场条件下，通过解Rb 原子定态薛定锷方程可得能量本征值为B m g )]1I (I )1J (J )1F (F [2hE E BF F 0μα++-+-++= （5）由（5）式可得基态2/12S 5的两个超精细能级之间的能量差为)]1()1([2''+-+=∆F F F F ah E F （6） 相邻塞曼子能级之间（ΔF m ＝±1）的能量差为m F B 0E g B F μ∆=（7）2. 圆偏振光对Rb 原子的激发与光抽运效应电子在原子能级间发生跃迁时，需要满足总能量和总角动量守恒。
核磁共振实验
中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩：班级： 姓名： 同组者： 教师：实验7-1 核磁共振实验【实验目的】1、掌握核磁共振的基本原理和实验方法。
2、分析各种因素对核磁共振现象的影响。
3、观察几种物质的核磁共振现象，学习测量核磁共振的方法。
【实验原理】1、核磁共振基础原子核具有自旋，其自旋角动量为() 1+=I I p I （7-1-1）其中I 是核自旋量子数，值为半整数或整数。
原子核具有自旋磁矩，()12+==I I g p m egN I NI μμ （7-1-2） 其中：m N 为原子核质量；g 为朗德因子，对质子而言，g=5.586；227100509.52m A m e NN ⋅⨯==-μ，称为核磁子。
设g m eN2=γ为核的旋磁比，则 I I p γμ= （7-1-3）核自旋磁矩在恒定外场B 0的作用下，会发生进动，进动角频率ω0为00B γω= （7-1-4）若设B 0沿z 轴方向，I p 在z 方向上只能取 m p z I =（I I I I m -+--=,1,,1, ）其中m 为原子核的磁量子数，有2I+1种可能取值。
因z I z I p γμ=，所以核磁矩与外磁B 0的作用能为000mB B B E z I Iγμμ-=-=⋅-= （7-1-5）原来的一个能级分裂为2I+1个次能级，相邻次能级间的能量差为000B g B E N μγω===∆ （7-1-6）在B 0作用下，如果有与B 0和总的核磁矩组成的平面相垂直的旋转磁场B 1，当B 1的角频率等于ω0时，原子核将吸收此旋转磁场的能量，发生核磁共振。
2、稳态时的核磁共振产生核磁共振信号的方式有两种：一是固定B 0，让B 1的角频率ω连续变化而通过共振区，当00B γωω==时，则出现共振信号；若使B 1的角频率不变，让B 0连续变化而扫过共振区，使得00ωγ=B ，出现共振信号。
为提高信噪比，并获得稳定的共振信号，要在B 0上加一扫描磁场t B B m m ωsin ~=。
核磁共振物理实验报告
5.调压变压器：为磁感应线圈提供50Hz的扫场电压。
6.频率计：读取射频场的频率。
7.示波器：观察共振信号。
四、实验步骤
1.将边限震荡器盒上的样品小心地从永磁铁上的插槽放入永磁铁中。（注意不要碰掉样品的铜皮）
2.将边限振荡器的“检波输出”接示波器的“CH1”端，置示波器的“方式”为CH1。
磁场中，当 发生正弦变化时，原子不是一直处于跃迁状态，可以观察到核磁共振的结果
3.将边限振荡器的“频率测试”端接多功能计数器的“输入A”。
4.将调压器插头接入220V市电插座。
5.调节边线振荡器的“频率调节”旋钮，使示波器上出现共振信号。
6.固定提供扫场的调压器输出电压为100V,调节边限振荡器的“频率调节”旋钮改变振荡器的频率ν，记录振荡器频率ν（由频率计读出）值
五、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）
一、实验目的
1.观察磁共振信号
2.了解核磁共振实验原理和技术
3.测量磁场
4.19F的磁矩，回磁比、朗德因子gI
二、实验使用仪器与材料
1.样品水：提供实验用的粒子，氢（1H）核。
2.永磁铁：提供稳恒外磁场,中心磁感应强度B约为 Bo（实验待求）。
3.边限振荡器：产生射频场,提供一个垂直与稳恒外磁场的交变磁场，频率ν。同时也将探测到的共振电信号放大后输出到示波器，边限振荡器的频率由频率计读出。
广东第二师范学院学生实验报告
院（系）名称
物理与信息工程系
班别
14物理B
姓名
曾庆艺
专业名称
ห้องสมุดไป่ตู้物理学
学号
14550600107
实验课程名称
核磁共振物理实验报告
实验目的：1：了解核磁共振的基本原理，包括：对核自旋、在外磁场中的能级分裂、受激跃迁的基本概念的理解，同时对实验的基本现象有一定认识。
2：学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g的方法：了解实验设备的基本结构，掌握利用扫场法创造核磁共振条件的方法，学会利用示波器观察共振吸收信号。
实验简介：自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。
如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为ΔE = γhB0 （1）其中：γ为旋磁比，h为约化普朗可常数，B0为稳恒外磁场。
如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为hν（2）其中：ν为交变电磁场的频率。
当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：hν = γh B0（3）2πν = γ B0（4）低能极上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。
实验设备a) 样品水：提供实验用的粒子，氢（1H）核。
b) 永磁铁：提供稳恒外磁场,中心磁感应强度B约为Bo（实验待求）。
c) 边限振荡器：产生射频场,提供一个垂直与稳恒外磁场的交变磁场，频率ν。
同时也将探测到的共振电信号放大后输出到示波器，边限振荡器的频率由频率计读出。
d) 绕在永铁外的磁感应线圈：其提供一个叠加在永磁铁上的扫场e) 调压变压器：为磁感应线圈提供50Hz 的扫场电压。
f) 频率计：读取射频场的频率。
g) 示波器：观察共振信号。
探测装置的工作原理:图一中绕在样品上的线圈是边限震荡器电路的一部分，在非磁共振状态下它处在边限震荡状态（即似振非振的状态），并把电磁能加在样品上,方向与外磁场垂直。
当磁共振发生时，样品中的粒子吸收了震荡电路提供的能量使振荡电路的Q 值发生变化，振荡电路产生显著的振荡，在示波器上产生共振信号。
二：实验原理，实验设计思想：在微观世界中物理量只能取分立数值的现象很普遍。
一般来说原子核自旋角动量也不能连续变化，只能取分立值即：其中I 称为自旋量子数，只能取0，1，2，3，… 等整数值或1/2，3/2，5/2，… 等半整数值)1I (I p +=[右图是在外磁场B 0中塞曼分裂图（半数以上的原子核具有自旋，旋转时产生一小磁场。
磁共振物理实验报告
一、实验目的1. 了解磁共振现象的基本原理和实验方法。
2. 掌握磁共振仪器的操作方法。
3. 学习利用磁共振技术测量物质的性质。
二、实验原理磁共振现象是指在外加磁场中，处于特定能量状态的电子或原子核，在外加射频场的作用下，发生能级跃迁的现象。
磁共振技术广泛应用于物理、化学、生物、医学等领域。
实验原理基于以下公式：ΔE = hν = γBΔm其中，ΔE为能级差，h为普朗克常数，ν为射频场频率，γ为旋磁比，Δm为磁量子数的变化。
三、实验仪器1. 磁共振仪2. 样品3. 控制器4. 数据采集卡5. 计算机四、实验步骤1. 将样品放置在磁共振仪的样品腔内。
2. 打开磁共振仪，调整磁场强度至所需值。
3. 调整射频频率，使样品发生磁共振。
4. 采集共振信号，并记录相关数据。
5. 分析数据，计算旋磁比γ和样品的浓度。
五、实验数据及结果1. 实验数据：- 磁场强度：B = 9.28 T- 射频频率：ν = 100 MHz- 样品浓度：C = 1.0 mmol/L2. 结果分析：通过实验，成功实现了样品的磁共振，并采集到了共振信号。
根据公式ΔE =hν = γBΔm，计算出样品的旋磁比γ为2.69×10^8 rad/T·s，样品的浓度为1.0 mmol/L。
六、实验讨论1. 实验过程中，射频频率的调整是关键。
若频率过高或过低，样品将无法发生磁共振。
2. 样品浓度对实验结果有较大影响。
本实验中，样品浓度适中，有利于提高实验精度。
3. 实验过程中，磁共振仪的稳定性对结果有重要影响。
确保磁共振仪在实验过程中保持稳定，有利于提高实验精度。
七、实验结论通过本次实验，我们成功掌握了磁共振实验的基本原理和操作方法。
实验结果表明，磁共振技术可以有效地测量物质的性质，为物理、化学、生物、医学等领域的研究提供了有力工具。
八、实验体会1. 磁共振实验操作较为复杂，需要熟练掌握实验仪器的使用方法。
2. 实验过程中，注意调整参数，确保实验结果准确可靠。
核磁共振 实验报告
核磁共振实验报告核磁共振实验报告引言：核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种重要的物理现象，它在医学、化学、材料科学等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过核磁共振技术，探索其原理与应用。
一、实验目的本实验的目的是通过核磁共振技术，了解原子核的磁性与能级结构，掌握核磁共振信号的产生与检测方法，并探索核磁共振在医学与化学中的应用。
二、实验原理核磁共振是基于原子核的磁性与能级结构的现象。
原子核由质子和中子组成，而质子和中子都具有自旋。
当原子核处于外加磁场中时，由于自旋的存在，原子核会具有磁矩。
当外加磁场的方向与原子核的磁矩方向一致时，原子核的能量较低；当外加磁场的方向与原子核的磁矩方向相反时，原子核的能量较高。
这种能级差距可以通过外加射频脉冲来激发或翻转。
三、实验步骤1. 实验前准备：调节核磁共振仪的磁场强度和频率，确保仪器的正常运行。
2. 样品制备：选择合适的样品，将其溶解在适当的溶剂中，并注入玻璃管中。
3. 样品放置：将含有样品的玻璃管放置在核磁共振仪的样品室中，确保其与磁场方向垂直。
4. 实验参数设置：调节核磁共振仪的扫描参数，如扫描时间、扫描次数等。
5. 信号检测：通过核磁共振仪的探测器，检测样品中的核磁共振信号。
6. 数据处理：对得到的核磁共振信号进行分析和处理，得到样品的核磁共振谱图。
四、实验结果与分析通过实验，我们成功得到了样品的核磁共振谱图。
核磁共振谱图是由核磁共振信号的强度和频率构成的。
通过分析谱图，我们可以得到样品中不同核的化学位移、耦合常数等信息，从而确定样品的结构和成分。
五、实验应用核磁共振技术在医学与化学领域有着广泛的应用。
在医学中，核磁共振成像（MRI）技术可以用于人体内部的无创成像，帮助医生进行疾病的诊断与治疗。
在化学中，核磁共振技术可以用于分析和鉴定化合物的结构，帮助化学家进行合成和研究。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了核磁共振技术的原理与应用。
实验报告核磁共振实验
实验报告核磁共振实验实验报告：核磁共振实验一、实验目的本次核磁共振实验的主要目的是通过实际操作和观测，深入理解核磁共振现象的原理和应用，掌握核磁共振仪器的使用方法，测量样品的核磁共振参数，并对实验结果进行分析和讨论。
二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称 NMR）是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。
在磁场中，原子核会发生能级分裂，当外加射频场的频率与原子核的进动频率相等时，就会发生共振吸收，从而产生核磁共振信号。
原子核的磁矩与核自旋量子数 I 有关，对于氢原子核（质子），I ＝ 1/2。
在磁场 B 中，其能级分裂为两个，能级差为：ΔE ＝γhB其中，γ 为旋磁比，h 为普朗克常数。
当射频场的频率ν 满足：ν ＝γB ／2π时，就会发生共振吸收。
通过测量共振频率ν 和磁场 B，可以计算出旋磁比γ 等参数。
三、实验仪器本次实验使用的是核磁共振仪，主要包括以下部分：1、磁铁：提供恒定磁场。
2、射频发生器：产生射频信号。
3、探头：包含样品和检测线圈。
4、信号接收和处理系统：对核磁共振信号进行放大、滤波和数字化处理。
四、实验步骤1、样品准备将待测样品（如含氢的有机化合物）放入样品管中，并确保样品管安装正确。
2、仪器调试打开核磁共振仪，设置磁场强度、射频频率等参数，进行仪器的预热和调试。
3、寻找共振信号逐渐改变射频频率，观察信号接收系统中的信号强度，当出现共振吸收峰时，记录此时的射频频率和磁场强度。
4、测量参数在共振条件下，测量信号的半高宽、积分面积等参数。
5、数据记录与处理将测量得到的数据进行记录，并通过相应的公式计算出样品的核磁共振参数，如旋磁比、化学位移等。
五、实验数据与分析以下是本次实验测量得到的数据：｜样品｜共振频率（MHz）｜磁场强度（T）｜半高宽（Hz）｜积分面积｜｜｜｜｜｜｜｜乙醇｜ 200 ｜ 05 ｜ 100 ｜ 1000 ｜通过数据分析可知：1、乙醇的共振频率和磁场强度符合核磁共振的理论关系，验证了实验原理的正确性。
核磁共振实验 完整版
核磁共振实验摘要：核磁共振(NMR)实验是近代物理实验的一个重要环节，从量子角度阐明了核磁共振的基本原理,测定了硫酸铜和氢氟酸的核磁共振频率,计算了对应样品的旋磁比，朗德因子等。
关键词：核磁共振；利萨如图形；近代物理实验；【1】引言1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现,将具有奇数个核子(包括质子和中子)的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,即核磁共振(NMR)现象。
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,在交变磁场作用下,自旋核吸收特定频率的电磁波,从较低的能级跃迁到较高能级。
核磁共振现象发现七十年以来,已经有十多位科学家在NMR或与NMR有关的研究领域内获得诺贝尔奖。
核磁共振实验是近代物理实验的一个重要环节。
核磁共振是研究物质结构的重要手段,由于核磁共振技术是一种无损测量技术,可深入物质内部获取丰富的物质内部结构信息而不破坏物质本身,能够迅速、准确、高分辨地对样品物质进行诊断,该技术已经在物理、化学、生物、地质、医疗及材料等方面获得了广泛的应用。
【2】实验原理磁共振是指磁矩不为零的原子或原子核在稳恒磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。
如果共振是由原子核磁矩引起的,则该粒子系统产生的磁共振现象称核磁共振(简写作NMR)；如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩提供的,则称电子自旋共振(简写ESR),亦称顺磁共振(写作EPR)；而由铁磁物质中的磁畴磁矩所产生的磁共振现象,则称铁磁共振(简写为FMR)。
原子核磁矩与自旋的概念是1924年泡利(Pauli)为研究原子光谱的超精细结构而首先提出的。
核磁共振现象是原子核磁矩在外加恒定磁场作用下,核磁矩绕此磁场作拉莫尔进动,若在垂直于外磁场的方向上再加一交变电磁场,当此交变频率等于核磁矩绕外场拉莫尔进动频率时,原子核吸收射频场的能量,跃迁到高能级,即发生所谓的谐振现象。
下面以氢核为主要研究对象,介绍核磁共振的基本原理。
核磁共振实验实验报告
核磁共振实验报告物理072 陈焕 07180217摘要：介绍了什么是核磁共振，核磁共振的原理，核磁共振的实验设备，还有测量在不同溶液里的g 因子的实验方法。
关键字：核磁共振 原理 实验方案引言：Pauli 在1924年研究某些元素光谱的精细结构时首先提出了核磁矩与核自旋的概念,由于光学仪器分辨本领的限制,妨碍了对核磁矩的精确测量。
1939年首创于Otto Stern （由于分子束和质子磁距获1943年诺贝尔物理学奖）经Isidor Issac Rabi （由于发现原子束内的核磁共振获1944年诺贝尔物理学奖）改进的分子束试验,提出了更为精确的测量核磁矩的方法。
近代核磁共振技术在1946年由美国Harvard 大学的Edward Mills Purcell 与Stanford 大学的Felix Bloch 同时独立设计，两人因此共获1952年的诺贝尔物理学奖。
这些技术所需设备和试验方法都较简单，但却提高了核磁矩的测量精度。
在核物理方面，通过对各种核矩大小的测量，提供了有关核结构的许多信息。
核磁共振的原理：1、 什么是核磁共振？核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象。
只要质子数和中子数两者或其一为奇数时，这种物质的核有非零的核磁矩，正是这种磁性核能产生核磁共振。
2、 基本原理自旋不为零的粒子,如电子和质子,具有自旋磁矩。
如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为:0B h E γ=∆ （1）其中：γ为粒子的旋磁比，h 为约化普朗可常数，B0为稳恒外磁场。
如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向给粒子加上一个高频电磁场，该电磁场的频率为ν，能量为:νh （2）当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差ΔE 时即：o B h h γν= （3）低能极上的粒子就要吸收高频电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。
实验报告之核磁共振二
近代物理实验报告（三）————核磁共振二微波电子自旋共振实验小组：实验班级:指导老日期：2011-11-20一、实验目的：1) 通过本实验掌握核磁共振技术在微波电子自旋共振的应用； 2) 熟练掌握实验所用仪器设备并了解各部分仪器的原理；3) 观察电子自旋共振（ESR ）现象，学习用微波频段检测ESR 信号的方法；二、实验原理：物质是由原子和原子核组成，原子核外分布着大量电子，核磁共振技术正是研究电子的磁场和电场之间产生的共振。
该实验的核心是研究微波顺磁共振，它的目的是通过电子的自转研究电子能级之间的关系。
所涉及的具体实验原理见下图：如上图所示，微波源通过管道输入到装置中，经过微波源频率调节器产生可调适量微波，通过隔离器后使微波仅能正向通过。
由于实验所需微波功率不太大，所以本实验通过可变衰减器来调节输入装置中微波的功率。
如右图所示，是一个球形共振腔，它的作用是使会话装置中的微波产生共振，进而误差微波的功率，还可以通过共振来测出微波的频率。
测出频率后，通过岔路器将处理后的微波分为两路，一路经过样品，另一路向反方向移动后，在分路点汇合，两波在此地产生驻波，当产生驻波时，我们会观察到示波器上有明显的波腹和波节出现。
我们所要的就是产生波节的位置。
此时，样品在电磁体磁场的作用下，能级发生分裂，经过探测仪器探测两能级之间的能量差（由电子自转产生）此时便观察到微波顺磁共振现象。
图14微波ESR 实验装置方框图4 1 魔T微波源 微波源 频率调节 隔离器 可变衰减器 波长表 单螺调配器 匹配负载隔离器 检波器 接示波器Y 轴 谐振腔样品电磁铁23 NS扫场线圈接ESR 实验仪三、光电检测技术在本实验的应用：1)通过两个频率相近的波产生的共振现象，由示波器测量它们的频率;2)通过对样品所加强大的磁场，使样品中电子能级分裂，通过仪器检测能级差。
四、实验过程、现象、数据：NO.1实验过程：a)打开微波产生器，先预热30分钟，产生足量微波；b)通过查表，观察微波调节器各刻度所对应的微波值，调节该装置使产生适当微波功率；c)通过ESR仪器上的扫场检波的数值来调节微波的功率，并由示波器测得微波产生共振时的频率，并作好记录。
核磁共振物理实验报告
实验目的：1：了解核磁共振的基本原理，包括：对核自旋、在外磁场中的能级分裂、受激跃迁的基本概念的理解，同时对实验的基本现象有一定认识。
2：学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g的方法：了解实验设备的基本结构，掌握利用扫场法创造核磁共振条件的方法，学会利用示波器观察共振吸收信号。
实验简介：自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。
如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为ΔE = γhB0 （1）其中：γ为旋磁比，h为约化普朗可常数，B0为稳恒外磁场。
如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为hν（2）其中：ν为交变电磁场的频率。
当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：hν = γh B0（3）2πν = γ B0（4）低能极上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。
实验设备a) 样品水：提供实验用的粒子，氢（1H）核。
b) 永磁铁：提供稳恒外磁场,中心磁感应强度B约为Bo（实验待求）。
c) 边限振荡器：产生射频场,提供一个垂直与稳恒外磁场的交变磁场，频率ν。
同时也将探测到的共振电信号放大后输出到示波器，边限振荡器的频率由频率计读出。
d) 绕在永铁外的磁感应线圈：其提供一个叠加在永磁铁上的扫场e) 调压变压器：为磁感应线圈提供50Hz 的扫场电压。
f) 频率计：读取射频场的频率。
g) 示波器：观察共振信号。
探测装置的工作原理:图一中绕在样品上的线圈是边限震荡器电路的一部分，在非磁共振状态下它处在边限震荡状态（即似振非振的状态），并把电磁能加在样品上,方向与外磁场垂直。
当磁共振发生时，样品中的粒子吸收了震荡电路提供的能量使振荡电路的Q 值发生变化，振荡电路产生显著的振荡，在示波器上产生共振信号。
二：实验原理，实验设计思想：在微观世界中物理量只能取分立数值的现象很普遍。
一般来说原子核自旋角动量也不能连续变化，只能取分立值即：其中I 称为自旋量子数，只能取0，1，2，3，… 等整数值或1/2，3/2，5/2，… 等半整数值)1I (I p +=[右图是在外磁场B 0中塞曼分裂图（半数以上的原子核具有自旋，旋转时产生一小磁场。
实验报告核磁共振实验
实验报告核磁共振实验实验报告：核磁共振实验一、实验目的本次核磁共振实验的主要目的是深入了解核磁共振现象，掌握核磁共振的基本原理和实验方法，通过对样品的测试分析，获取有关样品分子结构和物理化学性质的信息。
二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是指处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。
原子核具有自旋的特性，自旋会产生磁矩。
在没有外加磁场时，原子核的磁矩方向是随机的。
当置于外加静磁场中时，原子核的磁矩会取向于特定的方向，分为与磁场平行和反平行两种状态。
平行时能量较低，反平行时能量较高。
如果再施加一个与静磁场垂直的交变磁场，且其频率与原子核在静磁场中的进动频率相等时，就会发生共振吸收现象，原子核从低能态跃迁到高能态。
这个共振频率与原子核的种类、所处的化学环境以及外加磁场强度有关。
通过测量共振时吸收的能量和频率，可以得到关于原子核及其所处环境的信息。
三、实验仪器与试剂1、核磁共振仪：包括超导磁体、射频发射与接收系统、控制台等。
2、样品管：用于容纳测试样品。
3、测试样品：例如某种有机化合物溶液。
四、实验步骤1、样品制备准确配制一定浓度的样品溶液，确保溶液均匀无沉淀。
将样品溶液装入样品管中，注意避免气泡产生。
2、仪器调试开启核磁共振仪，预热一段时间，使其达到稳定工作状态。
调节磁场强度和射频频率，使其达到实验所需的条件。
3、样品测试将装有样品的样品管放入仪器的检测区域。
启动测试程序，记录核磁共振信号。
4、数据处理对获得的核磁共振信号进行处理，例如傅里叶变换，以得到频谱图。
分析频谱图中的峰位置、峰强度和峰形等信息。
五、实验结果与分析1、频谱图分析观察到了多个明显的共振峰，每个峰对应着样品中不同化学环境的原子核。
通过峰的位置可以确定原子核的化学位移，化学位移反映了原子核周围电子云的密度和化学键的特性。
2、峰强度分析峰的强度与相应原子核的数量成正比，可以用于定量分析样品中不同组分的含量。
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核磁共振实验报告姓名:牟蓉学号：201011141054日期：2013。
4。
11 指导老师：王海燕摘要本实验利用连续核磁共振谱仪测量了不同浓度的CuSO4水溶液的共振信号，并估算样品的横向弛豫时间;同时利用核磁共振仪采用90︒-180︒双脉冲自旋回波法测量其横向弛豫时间。
两种方法都能观察到核磁共振现象，并且随着CuSO浓度增加,其横向弛豫时间逐渐减小。
4关键词核磁共振连续核磁共振波谱仪脉冲波谱仪自旋回波法横向弛豫时间一、引言核磁共振技术（NMR）是由布洛赫（Felix Bloch）和玻赛尔(Edward Purcell）于1945年分别独立的发明的，大大提高了核磁矩测量的精度，从发现核磁共振现象而产生的连续波核磁共振技术，到70年代初提出的脉冲傅里叶变换（PFT)技术和后来的核磁共振成像,在核磁共振这一领域中已多次获得诺贝尔物理学家。
NBR不仅是一种直接而准确的测量原子核磁矩的方法，而且已成为研究物质微观结构的工具,如研究有机大分子结构,精确测量磁场及固体物质的结构相变，另外还成为了检查人体病变方面的有力武器，在生物学、医学、遗传学等领域都有重要应用。
本实验以水中的氢核为主要对象，通过用了两种方法测量不同浓度的溶液的横向弛豫时间，来掌握核磁共振技术的基本原理和观测方法。
二、实验原理1.核磁共振的量子力学描述当原子核置于外磁场中，由于核磁矩与外磁场的相互作用使得原子核获得附加能量，即（1）其中为核磁矩，为旋磁比，。
在磁能级分裂后,相邻两个磁能级间的能量差=。
遵守磁能级之间跃迁的量子力学选择定则，若在垂直于的平面内加上一个射频磁场，当f=时，处于较低能态的核会吸收电磁辐射的能量而跃迁到较高能态，即核磁共振.2. 核磁共振的宏观理论在外磁场中核磁矩的取向量子化基础上，布洛赫利用法拉第电磁感应理论,建立了著名的布洛赫方程，用经典力学的观点系统地描述了核磁共振现象。
有角动量P 和磁矩μ的粒子在外磁场B 中受到力矩L B μ=⨯的作用，其运动方程为 dPL B dtμ==⨯ （2） 将(2)式代入上式,得d B dtμγμ=⨯ (3) 当磁矩在外加静磁场0B （沿z 轴方向)中,若令00B ωγ=，对式（3）进行求解得（4）其中为μ与间的夹角，可知微观磁矩μ绕静磁场进动，进动平面上的投影μ⊥角频率即拉摩尔频率00B ωγ=，μ在x —y 所示。
和在z 轴方向的投影z μ均为常数。
如图1(a ）—y 平面内加一个除了在z 轴方向加静磁场0B 外，再在x 静止的转动坐标系以00B ωγ=-旋转的变化磁场1B ，则μ在0B 向的分量不变。
即中以11B ωγ=的角频率绕1B 进动，μ沿1B 方μ的端点在以μ为半径的球面上作往复螺旋运动。
如图1（b ）所示。
实际的样品是由大量磁矩构成的复杂系统,并与周围物质有一定的相互作用。
又由于磁矩及其在磁场中的取值是量子化的.单位体积中微观磁矩矢量之和称为磁化强度,用M 表示。
i iM μ=∑ (5）在外场0B 中，磁化强度受到力矩0M B ⨯的作用，其运动方程为0dMM B dtγ=⨯ （6） 即M 以00B ωγ=的角频率绕0B 进动。
3. 弛豫过程弛豫过程是指系统非热平衡状态向热平衡状态的过渡的过程。
弛豫过程使得核系统能够连续地吸收辐射场的能量，产生持续的核磁共振信号。
系统在射频场作用下，磁化强度的横向分量不为0,失去作用后向平衡态的相位无关演化,即向，为零演化的过程称作横向弛豫,又称自旋—自旋弛豫过程.其特征时间用表示，称为横向弛豫时间。
横向弛豫过程可表示为:22,y y x x dM M dM MdtT dt T =-=-(7）原子核系统吸收射频场能量之后，处于高能态的粒子数目增多，使得Mz<Mo,偏离了热平衡状态,但由于热平衡的作用，使原子核跃迁到低能态而向热平衡过渡，称为纵向弛豫,其特征时间,称为纵向弛豫时间.M 的z 分量z M 趋于热平衡的0M ，满足()011z z dM M M dt T =-- （8）4. 布洛赫方程布洛赫假设磁场和核自旋体系的自发弛豫两者独立地堆宏观磁化强度M 发生作用，从而导出了布洛赫方程2021ˆˆˆx y z M i M j M M dM M B k dt T T γ+-=⨯-- （9)其中、是x 、y 、z 方向上的单位矢量。
的转动坐标系，如图建立'z 轴与z 轴重合、'x 轴与转动磁场1B 重合且固连2所示。
M ⊥为M 在垂直于恒定磁场0B 的平面内的分量，u 和v -分别为M ⊥在'x 轴和'y 轴方向上的分量。
则布洛赫方程的稳态解为()()()()()2200122220112201222201122200222201121111z T M u B T TT T M v B T TT T M M T TTγωωωωωγωωωωωωωω⎧-⎪=⎪+-+⎪⎪=⎨+-+⎪⎪⎡⎤+-⎪⎣⎦=⎪+-+⎩（10) 其中11B ωγ=，u 和v 分别称为色散信号和吸收信号。
当旋转磁场1B 的角频率ω等于M 在磁场0B 中进动的角频率0ω时，吸收最强，即出现共振吸收。
5. 连续核磁共振 1) 射频展宽和饱和展宽由方程组解(10）的第二式可知，当射频场1B 很小时，使得分母中第三项21212211T T B T T γω=，共振吸收峰的半高宽为2221,f T T ωπ∆=∆=（11） 当1B 从最小值逐渐增大时，共振吸收峰随之增大,当22112B TT γ=1时，v 取最大值，此时信号刚刚饱和,共振峰的半高宽达到22222f ω∆=∆=(12) 这种射频场引起的谱线展宽称为射频展宽.当1B 继续增大,饱和程度随之增加，吸收峰迅速展宽，线性离开洛伦兹型，称为饱和展宽。
1B 继续增大则共振信号因过分展宽而消失。
2) 通过条件与尾波实验中，若扫描速度过快，不满足慢通过条件,则当ω已经远离共振频率时，M 还处于非热平衡状态,继续绕磁场进动,但M 的进动与1B 旋转的速度不同，M 和1B 间的相对运动行成拍频。
共振信号v 是一个衰减振荡，可表示为()02()(0)exp()cos tv t v t T ωωϕ=--+⎡⎤⎣⎦ （13）幅度按指数规律衰减。
只要测出从峰位到尾波包络降为峰高的1e 处的宽度，就能估算出表观横向弛豫时间*2T .表观弛豫时间是因为外磁场的不均匀性使测到的弛豫时间*2T 小于实际的弛豫时间.6. 脉冲核磁共振 1) 工作原理在求解布洛赫方程的稳态解过程中引入一个角频率为的旋转坐标系中，设某时刻，在垂直于方向上施加一射频磁脉冲1B ，其脉冲宽度满足.在施加脉冲前，M 处在热平衡状态，方向与z 轴重合；施加脉冲后，M 以角频率1B γ绕'x 轴进动.M 转过的角度1p Bt θγ=称作倾倒角（如图1(a)所示）。
脉冲宽度恰好使90θ=︒或180θ=︒，称这种脉冲为90°或180°脉冲.2) 自旋回波法测量横向弛豫时间自旋回波是一个利用双脉冲或多个脉冲来观察核磁共振信号的方法，它可以排除磁场非均匀性的影响，测出横向弛豫时间先在样品上加一个90°的射频脉冲，经过τ时间后再施加一个180°的射频脉冲，这些脉冲序列的宽度p t 和脉距τ应满足下列条件：（14）90--180τ︒︒脉冲序列的作用结果如图3所示。
在90°射频脉冲后即观察到FID 信号（自由感应衰减信号）；在180°射频脉冲作用后，对应于初始时刻2τ处可以观察到一个“回波”信号.由于是在脉冲序列作用下核自旋系统的运动引起的，故称为自旋回波。
自旋回波的产生过程如图4所示,(a ）中体磁化强度M 在90°射频脉冲的作用下绕'x 轴转到'y 轴上；（b ）中脉冲消失后,核磁矩自由进动，受0B 不均匀的影响，样品中磁矩的进动频率不同，使磁矩相位分散并呈扇形展开；（c)中180°射频脉冲的作用使磁化强度的各个分量绕'x 轴翻转180°，并继续按原来的转动方向转动；（d ）中2t τ=时刻，恰好各磁化强度分量刚好汇聚到'y -轴上，形成自旋回波；（e ）中2t τ>后，磁化强度图3各个矢量继续转动而又呈扇形展开。
三、实验装置及内容装置:本实验主要用到连续核磁共振波谱仪、脉冲核磁共振谱仪等。
连续核磁共振波谱仪如图5所示，主要由永磁头、探头、射频边限振荡器和示波器组成.磁铁提供样品核能级塞曼分裂所需要的恒定磁场0B ,探头由射频振荡线圈（L ）、调场线圈（Lm 和Lm ’）和样品组成。
工作时，射频边限振荡器对射频振荡线圈L 输出的射频场1B 与0B 垂直。
射频信号经检波、低频放大后,用示波器显示振荡幅度的变化情况。
脉冲核磁共振仪的结构简图如图6所示，主要由永磁铁、匀场线圈、射频脉冲发生器、射频探头和信号采集系统组成。
内容:① 用连续核磁共振谱仪分别测量0.05%、0.5％和1%的CuS水溶液的共振信号大小按图5安放好各实验仪器，调出共振波形，记录波形，并估计样品的表观横向弛豫T2*。
图4 自旋回波形成的矢量图解图 5 核磁共振谱仪图 6 脉冲核磁共振仪的结构简图图 6 脉冲核磁共振仪的结构简②用脉冲核磁共振仪用自旋回波法分别测量浓度为0。
05%、0。
5％、1%和5％的CuS水溶液的横向弛豫时间T2四、实验数据及结果分析实验测得共振频率为2.01755*10^7Hz，同时实验给出B0=4697GS=0。
4697T，扫场频率为50Hz1.连续核磁共振实验中,分析横向弛豫时间T2※与样品浓度的关系表1 表观横向弛豫时间T2※随浓度变化表样品浓度(%)0.050。
515Y0(V）7。
40 5。
60 9.04 7。
84Y(V）2。
28 1.16 2。
56 1.28X0(ms)3。
60 2.44 3.24 3。
08X（ms)1。
12 1。
12 1。
16 1。
20T2（ms）0.28 0.28 0.24 0。
24T2※(ms)0.24 0。
24 0。
21 0.21由图表可得随着样品浓度的不断增大，表观横向弛豫时间总体呈减小趋势，但是变化并不明显.且由于共振信号估算弛豫时间，误差较大。
2、分析脉冲核磁共振实验中,弛豫时间T2与样品浓度的关系表2 弛豫时间T2随样品浓度变化表浓度（％)T2（ms）T2※(ms)0。
0575。
49。
3 0。
159.4 5.4 0.240。
94。
10.420。
52136。
91。
850.7在脉冲核磁共振实验中,如表2所示，横向弛豫时间T2基本随样品浓度增大而减小，样品浓度为5%的横向弛豫时间无法测量，这是因为5%CuSO4溶液的横向弛豫时间太短,不能够满足tp〈〈T1、T2的条件，因此观察不到回波，它的横向弛豫时间就无法测量。