核磁共振的稳态吸收操作
核磁共振稳态吸收的新用法
核磁共振稳态吸收的新用法
管式核磁共振（NMR）是一种利用原子核的磁性共振等特性进行成像扫描及分析分析的技术。
最近这种技术又发展出一种新的应用：稳态吸收（SNAP）。
SNAP通过管式NMR获得信号和参数，用于衡量在特定位置，特定温度，特定比例的溶剂中溶质的浓度，从而较低的研究成本取得准确的范围之内的溶质的浓度变化数据。
SNAP的测量数据可以用来应用于对溶剂与溶质安全性及析出数据的获取，从而研究溶剂与溶质相互作用大到可见性变化以及安全性变化。
SNAP可以被应用于各种科学领域，例如生物、材料、食品及医药行业，特别是活体细胞及器官或结构及生物材料浓度动态变化的原理及表征等方面，这项技术能够提供四维数据，能够精准表达参数、状态及性质变化。
管式NMR的SNAP的优势主要来自于它的耐受性、敏感度及快速性；耐受性意味着可以用较弱的磁场进行操作；敏感度指的是能够在短时间内获得高质量大量的数据；快速性表示整个过程仅需极短时间完成，以致在实验操作上变得更为简单易行。
同时，它也具有潜在的成本优势，管式NMR器材及仪器设备体积都相对较小，而且操作简单，提高了数据从收集到分析过程的效率，进而降低研究成本。
SNAP是一项创新的技术，具有可实时复杂系统状态、动态跟踪及表征改变等特点，有望成为科研工作的新里程碑。
通过管式NMR的SNAP这种新的用法，在获得更多复杂性的数据的同时，也大大降低了收集信息的成本，极大地拓展了NMR领域的发展机会。
实验报告-核磁共振的稳态吸收
核磁共振的稳态吸收材料物理 07305883 毛骏 合作人：张广炜一、实验目的1、了解核磁共振原理2、利用核磁共振方法确定样品的旋磁比γ、朗德因子g N 和原子核的磁矩μI3、用核磁共振测磁场强度二、实验原理1．单个核的磁共振通常将原子核的总磁矩在其角动量P方向上的投影μ称为核磁矩，它们之间的关系通常写成P m e g P PN∙∙=∙=2μγμ或式中PN m e g 2∙=γ称为旋磁比；e 为电子电荷；m 为质子质量；N g 为朗德因子。
对氢核来说，5851.5=N g按照量子力学，原子核角动量的大小由下式决定 ()h I I P 1+=式中π2h h =，h 为普朗克常数。
I 为核的自旋量子数，可以取 ,23,1,21,0=I 对核来说21=I把氢核放入外磁场B 中，可以取坐标轴ｚ方向为B 的方向。
核的角动量在B方向上的投影值由下式决定h m P B = （2—3）式中m 称为磁量子数，可以取I I I I m ----=),1(,1, 。
核磁矩在B方向上的投影为m m eh g P m e g PN B PNB )2(2==μ将它写为m g N N B μμ= （2—4）式中2715.0578710N JT μ--=⨯称为核磁子，是核磁矩的单位。
磁矩为μ的原子核在恒定磁场B中具有的势能为mB g B B E N N B μμμ-=-=∙-=任何两个能级之间的能量差为)(2121m m B g E E E N N m m --=-=∆μ （2—5） 考虑最简单情况，对氢核而言，自旋量子数21=I ，所以磁量子数m 只能取两个值，即2121-==和m 。
磁矩在外磁场方向上的投影也只能取两个值，如图2—1中的（a ）所示，与此相对应的能级如图2—1中（b ）所示。
根据量子力学中的选择定则，只有1±=∆m 的两个能级之间才能发生跃迁，这两个能级之间的能量为B g E N N ∙=∆μ由这个公式可知：相邻两个能级之间的能量差E ∆与外磁场B的大小成正比，磁场越强，则两个能级分裂也越大。
核磁共振实验报告
学号：XXXX 姓名：XXX 班别：XXXX 报告仅供参考，抄袭有风险，切记
【实验内容】
（1） 将装有 H 核样品的玻璃管插入振荡线圈中并放置在磁铁的中心位置，使振荡线圈 轴线与稳恒磁场方向相互垂直。 （2） 调节适当的扫场强度，缓慢调节射频场的频率，搜索 NMR 信号。 （3） 分别改变射频场的强度、频率，观察记录吸收信号幅度的变化；改变样品在磁场中 的位置观察磁场均匀度对吸收波形的影响；改变扫场，观察记录吸收信号幅度的变 化；找出最佳实验观测状态，并采用吸收峰等间距的方法观测共振吸收信号。分别 将相关图形用数字示波器采集到 U 盘中 （4） 由数字频率计测量射频场的频率 ，用高斯计测量样品所在处的稳恒磁场强度 B。 （5） 有所得数据计算 、朗德因子 g N 和磁矩 I （6）
150
3.52E-4
3.22E-4
100
100
50
9.84E-4 0.00138 0.00167 0.00214 0.00238 0.00329 0.00362 0.00277
50
9.6E-4 0.00128 0.00153 0.00196 0.00265
U
U
0
0
-50
-50
-100
-100
-0.002
E=
=
【分析】 ： ①实验时较难找出共振点， 故须慢慢旋转射频边限振荡器上的频率旋扭,同时仔细
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观察示波器上的信号,当巨大的噪声背景中出现一明显的突变,且该突变在扫描电压信号一 个周期的范围内仅出现三处,这时则找到了核磁共振信号。 最后在该频率位置反复细调,直到 核磁共振信号非常明显。 ②产生误差的原因有主观原因及客观： 主观原因为在判断是否等间距时存在主观的误差。 客 观原因有二：一为实验过程中有多组实验同时展开，各仪器之间存在较大干扰；二是样品未 能精确地放置于磁场中心，即未能使样品置于均匀磁场下。 （三）核磁共振弛豫时间 弛豫过程是由于物质间相互作用产生的， 发生核磁共振的前提是核自旋体系磁能级间自旋粒 子数差不为零， 而核磁共振本身是以粒子数差 n 按指数规律下降为代价的， 由于共振吸引， 系统处于非平衡态， 系统由非平衡态过渡到平衡态的过程叫弛豫过程， 弛豫是与射频场诱导 跃迁相反的机制，当两者的作用处于动态平衡时，可观察到稳定的共振信号。弛豫因涉及磁 化强度的纵向和横向分量, 因而可分为纵向弛豫和横向弛豫，纵向弛豫起因于自旋- 晶格之 间的相互作用，纵向弛豫时间 T1 反映自旋系统粒子数差从非平衡态恢复到平衡态的特征时 间常数， T1 越短表明自旋- 晶格相互作用越强。 横向弛豫 T2 源于自旋-自旋之间的相互作用， 横向弛豫时间表征了由于非平衡态进动相位相关产生的不为零的磁化强度横向分量恢复到 平衡态时相位无关的特征时间常数。 （1）实验中可通过尾波法测量样品的共振横向弛豫时间 T2 分别测量两个样品的横向弛豫时间 T2，两样品共振信号如下图所示：
核磁共振的稳态吸收
实验数据记录：1、作B 0-ν曲线，用直线拟合法求γ和g根据数据，做出B 0-ν曲线，如下图Linear model Poly1: f(x) = p1*x + p2Coefficients (with 95% confidence bounds): p1 = 30.59 (16.87, 44.31) p2 = -72.86 (-227.5, 81.78)由上可知，拟合直线的斜率为30.59，即2π/γ=30.59×10-3T/MHz根据公式B 0=2πν/γ，代入数据得： γ=2.05×102MHz/T 根据公式γ=g(2πμN /h)，其中μN =3.1524515×10-14 MeVT -1，代入数据得： g=0.69频率ν(MHz) 电流I0(A) 电流I 扫(A) 磁场B 0(mT)11.126 1.707 0.78 266.6 11.166 1.713 0.781 269 11.284 1.733 0.78 273.5 11.343 1.744 0.78274.52、B0 和B1的作用是什么？它们有什么区别？B0 的作用是提供稳恒磁场，为核自旋塞曼分裂提供条件，B1是旋转磁场，它的方向与稳恒磁场垂直，作用是使能级较低处的粒子能够吸收能量从而往上跃迁，即共振。
二者区别是B0 是稳恒磁场，，B1是交流电通过边限振荡器产生的旋转磁场，方向在不断变化。
误差分析：1、示波器显示的波形，根据肉眼判断不可能调到完全的等间距，是本实验的系统误差。
2、稳恒磁场B的测量时，必须标记样品在磁场中的位置，高斯计探头位置的误差，容易导致B偏差。
3、高斯计的探头在磁场中方位的变化容易导致数据急剧变化，实验者手臂的抖动导致了高斯计读数的浮动，带来读数偶然误差。
实验小结通过本实验我掌握了核磁共振的实验原理，学会了直线拟合法求旋磁比的的实验方法。
通过对实验的改进，使我明白，科学的道路上需要探索的精神，需要不断改良方法，来实现更正确更精确的测量。
核磁共振的稳态吸收
核磁共振的稳定吸收
一、实验原理
核磁共振指处于静磁场中的核自旋体系，当其拉莫尔进动频率与作用于该体系的射频场频率相等时，所发生的吸收电磁波的现象。
带正电荷的原子核自转时具有磁性，它在磁场的赤道平面因受到力矩作用而发生偏转，其结果是核磁矩绕着磁场方向转动，这就是拉莫尔进动（或拉莫尔旋进）。
由于核磁矩有与磁场取向倾于平行的规律，经过一定时间，自旋核不再受到力矩的作用，拉莫尔进动也就停止。
如在垂直磁场的方向上加进一个与进动频率相同的射频场，核磁矩便会离开平衡位置，拉莫尔进动又重新开始。
核“自转”的速度是不变的，只要磁场强度不变，拉莫尔频率自始至终也不会改变。
某一种磁核的磁矩在磁场中可取顺磁场方向（属于低能态），也可取逆磁场方向（属于高能态）。
如果在垂直于磁场的方向加进一个射频场，当射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的核子便吸收射频能，从低能态跃迁到高能态，此为“核磁共振”现象。
当射频中断时，原子核就把吸收的能量释放出来，释放的强度是它们各自特征性的标志，即其正常（健康）状态的一种印记。
根据这一原理研制的“核磁共振扫描”（简称NMR），是一种新型的断层显像技术，可用于许多物体结构的测定，如化合物结构高分子化合物结晶度，高分子链立体构型成分，药物成分，生物大分子的结构，药物与生物大分子、细胞受体之间的相互作用，生物活体组织含水量，癌症诊断，人体NMR断层扫描（NMR-CT）等。
二、实验装置
五、思考题。
4.核磁共振的稳态吸收
水平移动 时基调节(扫描速度)
示波器
通道选择
Y1 交替 断续 叠加
HH4314 通用示波器 25MHz
Y2(X-Y) 时基微调
INT
LIN
极性
EXT
触发
内触发 外触发
校准 信号
AC
AC
Y1 交替 断续 相加 Y2
X-Y
电源
辉度
聚焦 标尺亮度
0.5Vp-P 1KHz
发生能级间的跃迁,即发生核磁共振.
3.弛豫过程与弛豫时间
弛豫过程:共振吸收的反过程,即粒子 分布恢复平衡的过程.
弛豫时间:粒子分布恢复平衡所需的 时间.观测水或重水样品共振现象时,为了减 小弛豫时间,通常在样品中加入含顺磁离子的
物质,如 CuSO4 .
4.实验测量什么量，难点？
(z )max gN N I
E B0 塞曼能级 B0 cos m Bo
m I , I 1, , I
自旋量子数
x
o Bo
z B0
L
y
2）射频或微波场Bx 要求：1）垂直于恒场B0；2）频率满足
x o Bo
B>0 B0=0
hv
拉莫尔旋进
o Bo,反映了核磁矩不等于零的原子核
在磁场 Bo 中将以o 的角频率绕恒定磁场转进,
这就是拉莫尔旋进.
z B0
L
y
x
垂直于 Bo 的x-y平面上施加一射频场
Bx 2B1 cost
这个在x轴向偏振的交变磁场可看
作是由两个旋转方向相反的圆偏振磁
场合成，它们的角频率为 ,其中一 个旋转方向与磁矩进动方向相同.
B1 t t B1
十核磁共振的稳定吸收
v
v v E = −µ ⋅ B = −µ z ⋅ B = − g ⋅ µ N ⋅ m ⋅ B
任何两个能级之间的能量差为
∆E = E m1 − E m 2 = − g ⋅ µ N ⋅ B ⋅ (m1 − m2 )
（5）
图2-1 氢核能级在磁场中的分裂
考虑最简单的情况， 对氢核而言， 自旋量子数 I =
gµ N B0 N2 = 1− N1 kT
（10）
3
上式说明，低能级上的核数目比高能级上的核数目略微多一点。对氢核来说，如果实验温度
T = 300 K ，外磁场 B0 = 1T ，则
N2 N − N2 = 1 − 6.75 × 10 − 6 或 1 ≈ 7 × 10 −6 N1 N1
这说明，在室温下，每百万个低能级上的核比高能级上的核大约只多出 7 个。这就是说，在 低能级上参与核磁共振吸收的每一百万个核中只有 7 个核的核磁共振吸收未被共振辐射所抵 消。所以核磁共振信号非常微弱，检测如此微弱的信号，需要高质量的接收器。 由式（10）可以看出，温度越高，粒子差数越小，对观察核磁共振信号越不利。外磁场 B0 越强，粒子差数越大，越有利于观察核磁共振信号。一般核磁共振实验要求磁场强一些，其 原因就在这里。 另外，要想观察到核磁共振信号，仅仅磁场强一些还不够，磁场在样品范围内还应高度 均匀，否则磁场多么强也观察不到核磁共振信号。原因之一是，核磁共振信号由式（7）决定， 如果磁场不均匀，则样品内各部分的共振频率不同。对某个频率的电磁波，将只有少数核参 与共振，结果信号被噪声所淹没，难以观察到核磁共振信号。 2．检测原理 核磁共振实验仪主要包括磁铁及调场线圈、探头与样品、边限振荡器、磁场扫描电源、 频率计及示波器。实验装置图如图 2 所示：
核磁共振的稳态吸收实验研究
第 ６卷
第 ４期
实 验 科 学 与 技 术
・ｌ ・ ９
核 磁 共 振 的 稳 态 吸 收 实 验 研 究
潘 志方
（ 庆 学 院物 理 系 ，广 东 肇 庆 肇 ５ ６６ ） ２ ０ １
摘要 ：近代物理 实验是 为大学高年级学生开设 的综合性 实验课 ，对学生加 深有 关物理概 念 ，规律 的理 解 ，活跃 物理 思想 ， 掌握一些较先进 的实验 方法和技 能以及培养科研能力等有着重要作 用。为提 高近代物理 实验教 学质量 ，文章介 绍 了所采取 的 多种 实验教 学手段 和实验方式 ，并着重介绍 了核磁共振稳态吸收 实验的 简易操作方法 。
ｅ ｓ ｐ ｒ ｔ ｇ ｍｅｈ ｏ ｔａ ｙ ｓ ｔ ａ ｙ ｏ ｅ ａｉ ｔｏ ｆｒ ｓ ｄ —ｔ ｅ ＮＭＲ ａ ｓｍｉ ｔ ｎ ｅ ｐ ｒ ｎ． ｎ ｄ ｅ ａ ｉ ｌ ｉ ｘ ｉ ｓ ａｏ ｅ ｍｅ ｔ
Ｋｅ ｏ ｄ ｙ ｗ ｒ ｓ： ｍｏ ｅ ｈ ｓｃ ｘ ｒｍｅ ｔ ＮＭ Ｒ ； ｓｅ ｄ ｓａ ｅ ａ ｓｍｉａｉ ｎ； ｇ ｆｃ ｏ ｄ ｒ ｐ ｙ ｉ ｓｅ ｐｅ ｎ ｉ ｎ； ｔａ ｙ—ｔｔ ｓｉ ｌ ｔｏ ａ ｔｒ； ｎ ｃ ｅ ｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｍｏ ｅ ｔ ｕ ｌ ａ ｇ ｅ ｉ ｍ ｎ
一
用于原子核系统 ，以观察 Ｎ Ｒ波谱 ；（ ） 瞬态法 Ｍ ２ （ 即脉 冲波法） ，用 脉冲的强射 频场作用 于原 子核 系统 ，以观察核磁矩弛豫过程的 自由感应现象。本 实验讨 论 Ｎ ＭＲ 的稳 态 吸 收 ，要 求 学 生 掌 握 Ｎ ＭＲ
１ 引 言
近 代物理 实 验是 为大学 高 年级 学生开 设 的一 门 非 常重要 的综 合性 实验 课 。它所 开设 的实 验项 目以
核磁共振实验
核磁共振实验实验仪器：（注明规格和型号）核磁共振实验装置、 示波器、 频率计数器实验目的：1. 观察核磁共振稳态吸收现象2. 掌握核磁共振的实验原理和方法， 并测出19F 核的朗德g 因子实验原理简述：核磁共振是指自旋不为零的原子， 在恒稳磁场的作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。
要实现核磁共振， 需要把核磁矩不为零的样品至于恒稳磁场B-0中， 并在垂直于B-0的方向上施加一个角频率为ω的交变磁场B-1， 若满足条件0B γω=， 便会在核磁矩Zeeman 能级间发生共振跃迁。
共振频率的大小与磁场B0的大小成正比。
原子核的回磁比γ是反映核结构的重要参数， 与朗德因子有这样的关系NNg Pμμγ==。
又已知核磁矩在磁场方向的投影为 m z γμ=， 若以z μ的最大值作为μ的代表值的话， 则有这样的关系成立：I g I N N z μγμμ=== (max)因而如果自旋量子数I 已知， 并且求得了γ或gN, 则核磁矩μ的值便确定了。
实验中为了观察核磁共振信号， 可以采用两种方法， 一是扫频法， 即是固定恒稳磁场B-0， 让射频场B-1的角频率ω连续变化而通过共振区， 读取共振信号。
二是扫场法， 即固定B-1 的角频率不变， 让B-0连续变化而扫过共振区。
实验中一般使用扫场法， 即在恒稳磁场B-0上叠加一个交变低频调制磁场ft B B m π2sin '=， 当B ’变化使得B-0+B ’扫过ω所对应的共振磁场B=ω/γ时， 就回发生核磁共振并且能够在示波器上看到共振信号。
此时有关系γπγωf B B B 2'00===+， 由此可见， 若已知样品的回磁比γ， 测出此时射频场B1的频率f ， 即可算出B-0， 反之如果测出B-0， 则可以算出γ和朗德因子g 。
实验步骤简述：1. 将装有水的样品盒通过磁铁上方的开口置入磁隙中， 将电路盒安放在木座上面， 左右移动电路盒，使其大约位于木座的中间位置， 记下电路盒一侧边缘在木座上标尺的度数（刻度d ）。
核磁共振实验报告及数据
核磁共振实验报告及数据核磁共振实验报告及数据 2011年04月20日核磁共振1了解核磁共振的基本原理教学目的2学习利用核磁共振校准磁场和测量g因子的方法3理解驰豫过程并计算出驰豫时间。
重难点1核磁共振的基本原理2磁场强度和驰豫时间的计算。
教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。
学时3个学时一、前言核磁共振是重要的物理现象。
核磁共振技术在物理、化学、生物、医学和临床诊断、计量科学、石油分析与勘探等许多领域得到重要应用。
自旋角动量P不为零的原子核具有相应的磁距μ而且其中称为原子核的旋磁比是表征原子核的重要物理量之一。
当存在外磁场B时核磁矩和外磁场的相互作用使磁能级发生塞曼分裂相邻能级的能量差为其中hh/2πh为普朗克常数。
如果在与B垂直的平面内加一个频率为ν的射频场当时就发生共振现象。
通常称y/2π为原子核的回旋频率一些核素的回旋频率数值见附录。
核磁共振实验是理科高等学校近代物理实验课程中的必做实验之一如今许多理科院校的非物理类专业和许多工科、医学院校的基础物理实验课程也安排了核磁共振实验或演示实验。
利用本装置和用户自备的通用示波器可以用扫场的方式观察核磁共振现象并测量共振频率适合于高等学校近代物理实验基础实验教学使用。
二、实验仪器永久磁铁含扫场线圈、可调变阻器、探头两个样品分别为、和、数字频率计、示波器。
三、实验原理一核磁共振的稳态吸收核磁共振是重要的物理现象核磁共振实验技术在物理、化学、生物、临床诊断、计量科学和石油分析勘探等许多领域得到重要应用。
1945年发现核磁共振现象的美国科学家Purcell和Bloch1952年获诺贝尔物理学奖。
在改进核磁共振技术方面作出重要贡献的瑞士科学家Ernst1991年获得诺贝尔化学奖。
大家知道氢原子中电子的能量不能连续变化只能取分立的数值在微观世界中物理量只能取分立数值的现象很普通本实验涉及到的原子核自旋角动量也不能连续变化只能取分立值其中I称为自旋量子数只能取0123�6�7等整数值或1/23/25/2�6�7等半整数值公式中的h/2π而h为普朗克常数对不同的核素I分别有不同的确定数值本实验涉及质子和氟核F19的自旋量子数I 都等于1/2类似地原子核的自旋角动量在空间某一方向例如z方向的分量也不能连续变化只能取分立的数值Pzm 。
稳态磁共振成像技术的研究与应用
稳态磁共振成像技术的研究与应用第一章稳态磁共振成像技术的基本原理稳态磁共振成像技术（Steady-State Free Precession，SSFP）是一种磁共振成像技术，它利用核磁共振原理，产生磁共振信号，通过对磁共振信号的接收和处理，获取生物组织和器官的影像信息。
SSFP技术具有高分辨率、高灵敏度、无辐射等优点，已经广泛应用于医学诊断、制造业、食品科学等领域。
在SSFP技术中，核磁共振现象是通过磁共振现象产生的信号来实现的。
核磁共振现象是指核自旋与外加磁场之间的相互作用，当核自旋的方向偏离磁场方向时，其在磁场方向上的自旋角动量将以拉莫尔进动的方式进行前进。
这一进动运动产生的进动角速度与原子核的磁矩和外加磁场的大小相关。
当使用一个高频的旋转磁场来激发这些进动运动时，就会产生变化的电磁场，并且可以通过接收这些电磁信号来获取磁共振成像信息。
与传统MRI技术相比，SSFP技术的优点在于能够同时提供T1和T2加权成像，这是因为信号的大小取决于组织的T1和T2松弛时间。
此外，SSFP技术可消除不同心跳周期产生的干扰，并提高对低灵敏度组织的分辨率。
第二章稳态磁共振成像技术的研究进展SSFP技术从20世纪80年代开始出现，其最初的应用是心脏成像。
之后，该技术被应用到其他领域，如神经科学、肝脏成像、神经胶质细胞成像等领域。
近年来，一些新的成像技术被提出，以进一步改善SSFP技术的性能。
一种新的成像技术是改进的SSFP技术，该技术可以消除由于心率和呼吸运动引起的影响。
这种方法可以将多个序列的数据合成在一起，从而提高图像质量。
另一种新的成像技术是基于深度学习的SSFP成像方法，该方法可以通过训练神经网络来改善图像质量。
这种方法相对于传统的高斯加权图像处理，能够更好地消除噪声和伪影，并提高结构细节的可见性。
第三章稳态磁共振成像技术在医学领域的应用SSFP技术可以对多个组织类型进行成像，主要包括神经系统、心血管系统、肝脏和胰腺、骨骼系统等。
核磁共振 (21)
实验报告李彬 PB06210107实验题目：核磁共振实验目的：观察核磁共振稳态吸收现象，掌握和磁共振基本试验原理和方法，测量1H 和19F 的γ值和g 因子。
实验原理： 1.核自旋：原子核具有自旋，其自旋角动量为：其中I 是自旋量子数，其值为伴整数或整数。
2.核磁矩：原子带有电荷，因而具有自旋磁矩，其大小为2I I negp g m μμ==121836N B p e m μμ==h 式中g 为朗德因子，对质子， 5.586g =，N m 为原子核质量，N μ为核磁子，2725.050910N A m μ-=⨯g ，令2Nqg m γ=显然有I I p μγ=，γ称为核的旋磁比。
3.核磁矩在外场中的能量：和自旋磁矩在外场中会进动，进动角频率00B ωγ=，0B 为外恒定磁场。
核自旋角动量I p 的空间取向是量子化的。
设z 轴沿0B 方向，I p 在z 方向分量只能取Iz p m =h(,1,...,1,)m I I I I =--+-Iz Iz p μγ=则核磁矩所具有的势能为I P =000I Iz E B B mB μμγ=-=-=-g h对于氢核10111(),,,222H I m E mB γ==±=m h ，两能级之间的能量差为000N E B g B ωγμ∆===h h4.核磁共振：实现核磁共振，必须有一个稳恒的外场0B 及一个与0B 和总磁矩m 所组成的平面相垂直的旋转磁场1B ，当1B 的角频率等于0ω时，旋转磁场的能量为0E ω=∆h ，则核吸收此旋转磁场的能量，实现能级间的跃迁，即发生和磁共振。
此时应满足：00N E g B ωμ∆==h hNgμγ=h00B ωγ=数据处理：1．观察1()H 的核磁共振信号（图像见坐标纸）:(1)固定电压调节射频场的频率：如图所示,当B 0恒定时，通过低频调制场的作用磁场B 以B 0为中心作周期性振动，当γω=B 时，会发生共振，调节射频场的频率ｆ可以改变射频场的周期T ，使得B 扫过共振幅度的时间间隔发生变化，因此示波器所显示的信号间距∆发生变化，ｆ增加，T 减小，∆减小。
核磁共振实验 实验原理
核磁共振实验 实验原理、数据记录及数据处理实验目的：1、观察核磁共振稳态吸收现象2、掌握核磁共振的实验原理和方法3、测量1H 的γ因子和g 因子实验仪器：核磁共振实验仪、频率计、示波器。
实验原理：1、核在磁场中的拉莫尔旋进（1）角动量与磁矩。
原子中电子的轨道角动量L P 和自旋角动量S P 会分别产生轨道磁矩L μ和自旋磁矩S μ：2L L e eP m μ=-，S S e e P m μ=-。
上两式中e 和e m 电子的电量数值和电子的质量，负号表示电子的磁矩与角动量方向相反（由于电子带负电）。
而L P与S P的总角动量引起相应的电子总磁矩 2J J ee gP m μ=-式中g 是朗德因子，其大小与原子的结构有关。
同理核自旋角动量I P 与核磁矩I μ的关系为2I NI Pe g P m μ=（N g 为核的朗德因子，P m若引入核磁子2N Pe m μ=，则N I NI g P μμ=。
为了表示的方便，令：NN g μγ=（称为回磁比系数），则I I P μγ=。
所以，在Z 方向有：Z Z P μγ=由量子力学可知Z P m = ，所以Z m μγ= （2）磁矩在磁场中的拉莫尔旋进由经典力学可知，磁矩为μ的微观粒子在恒定外磁场0B 中受到一力矩L 的作用：0L B μ=⨯。
而力矩的作用使粒子的角动量发生变化，即dPL dt= 。
所以 00000sin sin B dP d P d d L B B B dt dt dtdt B μγμμγγγμγμθγμθμ⨯====⨯=⇒=⨯设磁矩旋进的角频率为0w ，则 0sin d w dt μμθ= 所以00w B γ=。
2、磁共振的条件若外加射频磁场的角频率w 与核旋进频率0w 相同时，核磁矩将和外辐射场发生能量交换，从而发生共振。
3、共振信号的检测由于谱线有宽度，且宽度很窄，检测信号时很难使得0w w =，为此有两种方法可以解决这一问题： （1）扫频法，即恒定的磁场0B 固定不变（核拉莫尔旋进角频率0w 不变），连续改变辐射的角频率w ，在w 变化的区域内，若满足0w w =，便产生共振峰。
核磁共振
1 m=- 2 E ∆E 1 m=+ 2 0 H0
(二) 核磁共振的条件
实 验 原 理
根据量子力学，有：
γ h Ho E＝ 2π
1
γ——磁旋比；h ——普朗克常数；H0 ——外加磁场 强度。 如果用一个处于射频范围的电磁波照射处于 H0中的1H，当电磁波的频率ν射恰好满足 ∆E＝hν ——②
时，处于低能级态的1H就会吸收电磁波的能量， 跃迁到高能级态，发生核磁共振。
核磁共振实验
核磁共振实验
实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 实验步骤
实验目的
1、了解核磁共振现象，观察核磁共振 、了解核磁共振现象， 稳态吸收现象。 稳态吸收现象。 2、掌握核磁共振的实验方法。 、掌握核磁共振的实验方法。
返回
实 验 原 理
(一)
原子核的自旋
+
1H核带一个正电荷，它可以像电子那样
返回
1、将扫描电源的‘扫描输出’两个输出端，接磁铁 、将扫描电源的‘扫描输出’
实 验 步 骤
面板中的任意一组线圈。扫描电源背后的航空接头与 边限振荡器的接头连接。 2、将‘共振信号’输出用Q9线接示波器（可任意通 、将‘共振信号’输出用Q9线接示波器（可任意通 道，但在观测李萨如图形时要接CH2通道）。‘ 道，但在观测李萨如图形时要接CH2通道）。‘共振 频率’输出用Q9线接频率计。 频率’输出用Q9线接频率计。 3、将‘扫描输出’顺时针调制接近最大。 、将‘扫描输出’ 4、将硫酸铜样品放入探头中并将其置于磁铁中。调 节边限振荡器的频率‘粗调’ 节边限振荡器的频率‘粗调’电位器，将频率调节至 磁铁标志的H共振频率附近，再调节频率‘细调’ 磁铁标志的H共振频率附近，再调节频率‘细调’旋 钮；调节旋钮时要慢。
核磁共振稳态吸收2_图文
1.核磁共振稳态吸收一、实验目的1、了解核磁共振基本原理2、利用核磁共振方法测量样品的磁旋比γ、核朗德因子和原子核磁矩3、了解利用核磁共振精确测量磁场强度的方法二、实验原理三、实验技术方法四、实验内容步骤和分析五.实验数据分析及处理：1.对于H 1的处理如下：通过实验测得H 1的射频场频率v 和用高斯计测量的样品的稳恒磁场强度B 如表1.表1对磁场和频率求平均值得到：MHz v 0239.20=，T B 3084.0=.H 1的旋磁比B vπγ2==4.0796T /Hz 108⨯。
然后计算朗德因子lu N g γ=。
磁炬pm el u 2 ==J/T 10051.527-⨯。
故得到gN=8.51.跟据理论得到的理论值()5851.5=theory N g 。
故得到误差为()52.0)(==-theory N theory N N g g g w 。
根据数据制作的图如图1、2.图1.H 1的幅值与仿真时间爱的关系图1图2.H 1的幅值与仿真时间爱的关系图22.对于由的处理如下表2对磁场和频率求平均值得到：.3098.0,03736.20T B MHz v ==通过记录数据作图如下图3、4.the relationship of Votage and timetv o t a g e-10-9-8-7-6-5-4tv图3.油的幅值与仿真时间爱的关系图1图4.油的幅值与仿真时间爱的关系图2误差分析：对于H 1得到实验误差是0.52.由于测得的实验值的磁场太小，可能是因为高斯计的灵敏度不是很好，通过与周围其他组的对比，我们的实验数据没有太大的区别，所以实验操作的问题应该很少。
具体问题我认为是高斯计不灵敏和磁场太小，不能测出接近或者误差更小的实验结果。
对于油，由于实验数据不确定，只能展示出其两个图像。
六.思考与讨论：1.观测NMR 共振时需要提供哪几种磁场？他们各起什么作用？答：有两种。
1.恒磁场恒Ｂ，使核自旋与恒磁场发生相互作用，然后核能级发生塞曼分裂。
核磁共振稳态吸收的新用法
3
3. 1
实际测量结果
稳态吸收测量横向弛豫时间 T 2
实际观察时是采用示波器接收, 对样品硫酸铜溶液用弱辐 射场作用 , 可得到如图 2 所示图形, 由于扫描通过共振区时间 不满足远大于驰豫时间, 也即扫场速度不够缓慢, 以致磁化强 度 M 未能紧跟磁场的变化, 在共振区后出现摆动尾波 . 调节 仪器使尾波最小 , 立即把信号采集到电脑存盘 . 示波器所示为时域信号 , 用计算机专用软件对已存盘的 时域信号进行傅立叶变换得到图 3 所示频域信号. 由式 ( 7) , 测定吸收峰的半高宽 = T 2 / 2, 可求出样品的横向弛豫时 间 T 2 , 利用位图对图 2 进行精确坐标测量得到 : T 2= 2 = 12. 75 ms. ( 4)
因为影响线宽的因素是多种多样的 , 除了谱线的自然宽 度外 , 样品所处的位置附近的恒定磁场 B 0 不均匀将会改变谱线宽度从而增大误差 [ 5] ; 另外就是测量中扫场 是按正弦规律变化而不是线性变化的, 这也会给测得的线宽带来误差; 测量原理中要求射频场趋于无穷小, 该条件我们这里也很难达到. 如果这些条件能够得到改善 , 必将大大提高此种方法测量 T 2 的精度 , 缩小和 传统方法测得结果的差距 .
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] 陈 萍 , 萧湘生 , 董
考
文
献
刘庄武 , 王祖铨 . 改进核磁共振实验教学和装置的几点考虑 [ J ] . 大学物理 , 1996, 15( 5) : 40 41. 生 , 等 . 肺癌横向弛豫时间的实验研究 [ J ] . 中国医学计算机成像杂志 , 1995, 1( 2) : 99 102. 侯淑莲 , 谢寰彤 . 医学影像原理与实验 [ M ] . 北京 : 人民卫生出版社 , 2007. 林木欣 , 熊予莹 , 高长连 , 等 . 近代物理实验教程 [ M ] . 北京 : 科学出版社 , 2000. 赵平华 , 于 涛 . 核磁共振弛豫时间和磁场均匀性的研究 [ J ] . 长春师范学院学报 , 2007, 26( 1) : 36 38. 李潮锐 . 自旋回波的简易观测方法及共振弛豫分析[ J] . 物理实验 , 2006, 26( 4) : 3 5.
核磁共振稳态吸收的新用法
文 章 编 号 ：０ ０—２ ６ （ ０ ０ ０ — ０ ９ — ０ １０ ３７ ２ １ ） １ ０ ３ ３
核磁 共 振 稳 态 吸收 的新 用 法
雷 前 召
（ 南 师 范 学 院 物 理 与 电 子 工 程 系 ， 西 渭 南 ７ ４０ ） 渭 陕 １ ０ ０
摘 要 ： 研究 了利用核磁共振 的稳 态吸收法测量横 向驰豫 时间 Ｔ ． ２ 用连续 的弱辐 射场 与样品相 互作用 ， 用示
第 ３ ８卷 第 １ 期
河 南师 范 大 学 学报 （ 自然 科 学版 ） Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｎ ｎ Ｎｏ Ｄａ ｉ ｅｓｔ Ｎａ ｕ ａ ｃｅ ｃ ） ｏ ｒ ａ Ｈｅ ａ ｒ ＊ｌＵｎ ｖ ｒｉ ｏ ｙ（ ｔ ｒ ｌＳ ｉｎ ｅ
Ｚ ８ Ｎ０ ．３ ．１
Ｊ ｎ ２ １ ａ．００
波 器 观 察 共 振 吸 收 信 号 ， 后 把 调 好 的信 号 采 集 到 电 脑 ， 用 专 用 软 件 进 行 傅 立 叶 变 换 得 到 频 域 信 号 ， 用 布 洛 赫 然 使 利 方 程所 推 出 线 宽 和 横 向 驰 豫 时 间 的关 系 ， 就可 以求 出 ， 所得 结果 和传 统 方法 测得 的 进 行 了对 比 ， 把 结果 较 为理 想．
向弛豫 时间 ， 如果 成 功 ， 可 以实现 一种 实验 仪器 做两 个不 同实 验 的理想 的 目标． 则
１ 横 向驰 豫 时 间 （ ）
横 向驰 豫 时间 Ｔ 是 核磁 共振 实验 要测 量 的重要 参 数 ， 它在 医学 上是 区 分正 常 细胞 和癌 细胞 的标 准［ ， ２ ］ 也是判 断正 常 细胞和 缺血 细胞 的方 法之 一 ； Ｔ 可作 为磁 共 振成像 参 数 的生理 基础 和物 理依 据 ． ］ 本 质上 核磁 共振 是一 种Ｊ Ｄ 磁 场和 原子 核磁 矩之 间发 生 的共振 现 象． ＇ ｔ ｌｉ ， 假设 外 加 辐 射场 作 用 而 引起 共 振 吸收 时 ， 则磁 化强 度 Ｍ 偏 离 中心轴 （ ｚ轴） 得在 Ｘ～Ｙ平 面上 的投影 不 等于零 ． 使 当共振 吸收 停止 后 ， 又 会 Ｍ
【免费下载】核磁共振的稳态吸收操作
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t
为观测信号方便，实验中一般采用较快扫描速度，此时的共振吸收信号的形状为：除一个
共振吸收的高峰外，还会出现呈衰减振动的一系列小峰，这个衰减的小峰称为尾波。尾波
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电，力根通保据过护生管高产线中工敷资艺设料高技试中术卷资，配料不置试仅技卷可术要以是求解指，决机对吊组电顶在气层进设配行备置继进不电行规保空范护载高与中带资负料荷试下卷高问总中题体资，配料而置试且时卷可，调保需控障要试各在验类最；管大对路限设习度备题内进到来行位确调。保整在机使管组其路高在敷中正设资常过料工程试况中卷下，安与要全过加，度强并工看且作护尽下关可都于能可管地以路缩正高小常中故工资障作料高；试中对卷资于连料继接试电管卷保口破护处坏进理范行高围整中，核资或对料者定试对值卷某，弯些审扁异核度常与固高校定中对盒资图位料纸置试，.卷保编工护写况层复进防杂行腐设自跨备动接与处地装理线置，弯高尤曲中其半资要径料避标试免高卷错等调误，试高要方中求案资技，料术编试交写5、卷底重电保。要气护管设设装线备备置敷4高、调动设中电试作技资气高，术料课中并3中试、件资且包卷管中料拒含试路调试绝线验敷试卷动槽方设技作、案技术，管以术来架及避等系免多统不项启必方动要式方高，案中为；资解对料决整试高套卷中启突语动然文过停电程机气中。课高因件中此中资，管料电壁试力薄卷高、电中接气资口设料不备试严进卷等行保问调护题试装，工置合作调理并试利且技用进术管行，线过要敷关求设运电技行力术高保。中护线资装缆料置敷试做设卷到原技准则术确：指灵在导活分。。线对对盒于于处调差，试动当过保不程护同中装电高置压中高回资中路料资交试料叉卷试时技卷，术调应问试采题技用，术金作是属为指隔调发板试电进人机行员一隔，变开需压处要器理在组；事在同前发一掌生线握内槽图部内 纸故，资障强料时电、，回设需路备要须制进同造行时厂外切家部断出电习具源题高高电中中源资资，料料线试试缆卷卷敷试切设验除完报从毕告而，与采要相用进关高行技中检术资查资料和料试检，卷测并主处且要理了保。解护现装场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
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一、实验目的：
1．了解核磁共振的基本原理及其实验现象
2．掌握利用稳态吸收法测量核的回磁比和核磁矩的方法
二、实验仪器和用具： 由电磁铁．扫描线圈．50Hz 的交流电源．边线振荡器．探头．样品．频率计．示波
器．特斯拉计等几部分组成
三、实验原理：
（一）磁场对磁矩的作用
由上述介绍可知：具有核磁矩的原子核，在一个稳恒磁场0B 和一个旋转的弱磁场1B
的
作用下，当弱磁场1B 的旋转频率ω等于磁矩的旋进频率0ω时，原子核就会从磁场1B
中吸
收能量，使自己的能量增加，发生核磁共振现象，其条件可以表示为：
实验中分别测出ω和0B 大小，则可以算出旋磁比γ，由因为
I
g μγ=则可以求出朗
德因子g ，再根据公式
)1(+==I I P I I γγμ＝)1(+I I g N
μ
当若将原子核置于外磁场0B 中，磁矩在0B
的作用下进动，同理磁矩的在磁场方向
上的分量z μ也是量子化的，只能取以下数值：
m g m N z μγμ== I I I I m -+--=,1,,1, ，为磁量子
数。
其最大值为： I g m N z μγμ== max )(，
我们通常说的原子核磁矩就是指此最大值，对某原子核其自旋量子数I 是确定的，利用此式则可以求出磁矩；例对于最简单的情况氢核
则：
＝
（
（二）核磁共振信号的观测 1． 实现核磁共振的方法：
由核磁共振产生的条件00B γωω==可知，可用两种方法实现核磁共振，即保持磁
场0B
不变，改变旋转磁场的频率0ω称为扫频法和保持旋转磁场的频率0ω，改变扫描磁
场的值称为扫场法，本实验采用扫频法。
2． 对稳恒磁场的要求
由核磁共振产生的条件00B γωω==还可以看出，对于一定的磁场，其共振频率为一确定值，即属于点共振；但由于共振信号有一定的宽度，同时也为了便于观察，实验时
要在稳恒磁场0B 上加一个低频扫描调制磁调制磁场m B ＝t B m ωsin 0
，此时样品所在的磁
场为0B
＋m B ，由于调制磁场的幅值较小，磁场的方向仍然保持不变，只是磁场的幅值按调制磁场的频率呈现周期性变化，相应的拉莫尔进动的频率0ω发生变化，即
)(00m B B
+=γω。
这时只要射频场的角频率ω'调到0ω的变化范围内，调制磁场的幅度
（峰－峰值）大于共振磁场范围，就会在示波器上观察到共振吸收信号；如果改变m B
的
幅值只有与ω'相对应共振吸收的磁场B ' （ω'＝γB '
）被0B ＋m B 扫过的期间才会发生核磁共振吸收信号，如图所示：在其它时刻不满足核磁共振的条件不会出现共振吸收信号。
从图可以看出，在磁场曲线上当m B 变化一个周期与B '
有两个交点，表示一个周期内会
发生两次共振吸收；此时在示波器上出现间隔不均等的共振吸收信号，这是因为该处的共
振吸收磁场B '
不等于0B ，如果改变m B （或0B ）的幅值会或变化射频频率ω'，会发现
共振信号的位置会发生变化，即出现“相对走动“，当出现等间隔吸收信号时B '
＝0B ，
此时共振信号的位置与0m B 的大小无关，但吸收信号的幅值随0m B
的减小而减小；此时有
ω'＝γ0
B ' ＝γ0B
＝0ω
3实验中观测到的核磁共振信号的特点
在上述分析中要求施加在系统上的调制磁场很弱，磁场的扫描速度十分缓慢，但实验
中是无法做到的，即不满足理论要求的慢通过共振区的稳恒条件，实际通过共振点的时间比驰豫时间1T 和2T 小得多，不能保证通过各瞬时磁场时达到稳定平衡，出现动态的核磁
共振。
根据不同的扫描速度即不同的调制磁场m B
和m ω，可以观察到不同的共振
t
t t
不同扫描速度的共振吸收信号
1 扫描速度趋近于0 2扫描速度某一定值 共振吸收信号测量2T 示意图 3 扫描速度较大
为观测信号方便，实验中一般采用较快扫描速度，此时的共振吸收信号的形状为：除一个
共振吸收的高峰外，还会出现呈衰减振动的一系列小峰，这个衰减的小峰称为尾波。
尾波是由于驰豫效应引起的，从理论上可以推出，衰减振动的幅度的包迹与横向驰豫时间2T 及磁场的均匀性有关，可以近似地表示为： []00)(cos )0()(2
φωω+-=-T t
e
S t S
)0(S 和)(t S 分别表示共振曲线上的最高峰和t 时刻的幅度。
若选择0=t 时刻0φ＝0，则有 2
)0()(T t
e
S t S -=，在2T t =时刻有
利用此式则可以测出横向驰豫时间。
对核磁共振来说驰豫时间2T 除了由自旋－自旋相互作用引起的横向驰豫时间2T '以外，还与磁场的均匀程度有关，切且影响很大（甚至起主要作用），因此可以把2T 分成两部分横向驰豫时间2T '和由磁场不均匀B ∆引起的驰豫时间2T ''，其中2T ''满足
此时2T 可以写成：
利用此关系可以测量驰豫时间和磁场的均匀程度。
实验过程中我们使用的扫描电源频率为50Hz,扫描幅度较大, 它不满足稳态解的条件,所以必须严格求解Bloch （布洛赫）方程 。
Bloch 方程是一阶微分方程组其解析解极为复杂，为此采用欧拉方法进行数值计算得到数值解，采用计算机软件（MA TLAB 5. 2版本）果如下 ：
图3
实验中我们观测到的共振吸收信号与此图形基本相符。
四、实验步骤：
1． 熟悉仪器，观察质子的核磁共振信号
连接电路，将示波器的Y 轴放大和扫描旋钮置于适当的位置；将参有顺磁离子的
（3FeCl 和4
CuSO
）的水溶液或甘油等样品放入探头的样品线圈内，将探头置于磁场
中心，加上一定幅值的扫描磁场（将扫描电源的幅度旋钮顺时针调至最大后再反相调半圈），缓慢地调节射频场的频率（或改变稳恒磁场的幅值）。
在示波器上观测到共振信号。
在保持其它条件不变的情况下，分别改变探头在磁场中的位置、射频场的频率和扫描磁场的幅值，观察共振信号形状和位置的变化，并加以分析。
2． 测量质子的旋磁比、朗德因子及磁矩
样品线圈中分别放入不同的样品，测出发生核磁共振时射频场的频率ν，利用特
斯拉计测出稳恒磁场的强度0B
的大小，利用上述理论公式求出质子的旋磁比γ、朗德因子g 及磁矩I μ；要求多次测量，计算误差并分析其产生的原因。
3． 用比较法测量F 199
的旋磁比、朗德因子及磁矩 如果没有特斯拉计或磁场强度未知，可以先利用质子的旋磁比测出磁场强度0B
，
再通过测量F 199
达到共振吸收时射频场的频率求出旋磁比γ、朗德因子g 及磁矩I μ； 这种方法还可以用比较法测量，可采取以下步骤：
1）测出已知旋磁比的质子（H 11）共振频率H ν，则此时磁场
2）不改变磁场强度0B ，换上F 199核，测出F 19
9的共振频率F
ν
，则有
1） 利用上述两式则可求H
γ
，即
实验实验注意事项
1． 扫描磁场的幅值调节必须按步骤1调节。
2． 样品必须放在磁场中心。
F 199
共振吸收信号较弱，调节时必须认真、仔细.。