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1、.成绩 西安交通大学实验报告 第 1 页（共 5 页）课程：_近代物理实验_实 验 日 期 ： 年 月 日专业班号_ _组别_交报告日期： 年 月 日姓 名_Bigger _学号_ _报 告 退 发 ： （订正、重做）同 组 者_ _教师审批签字：实验名称：核磁共振一、 实验目的1了解核磁共振的原理与应用；2掌握连续波核磁共振的仪器结构和实验方法；3. 测量磁感应强度和旋磁比。二、 实验原理根据磁共振原理，观察核磁共振现象，需要有一个均匀的磁场和一个角频率为的旋转磁场，并且满足 (1)，称为旋磁比。对于氢核，焦耳特斯拉，焦耳秒，可计算出氢核旋磁比兆赫特斯拉，故 (2)精品.式中频率的单位为兆赫
2、，由式(2)可见，当发生氢核磁共振时，测出旋转磁场的频率，就可确定未知磁场的大小，这就是NMR方法测量磁场的原理。根据式(1)，观察磁共振吸收信号有两种方法。一种是扫频法，即磁场固定，让高频磁场角频率连续变化并通过共振区，当时，出现共振吸收峰；另一种方法是扫场法，即把高频磁场角频率固定，让磁场连续变化并通过并振区，当时，出现共振吸收峰。因扫场法在技术上较简单，本实验用扫场法，扫场电流为50Hz，对应扫场磁场，该磁场迭加在静磁场上，即 (3)当满足磁共振条件时，就观察到NMR信号。见图1所示。为共振磁场，扫场每一周内，可观察到的共振吸收峰不超过两个。根据布洛赫稳态条件，静磁场变化(扫场)通过共振
3、区所需时间远大于驰豫时间和，这是在示波器上可观察到稳态共振吸收信号。如果扫场速度远非足够慢，不满足稳态条件，则观察到带有“尾波”的共振吸收信号。可以这样理解，当磁共振时，磁化强度矢量突然偏离方向，产生吸收峰。当或时，磁共振消失，而将围绕以螺旋方式恢复到方向。在这个过程中在垂直于平面的分量上，它使射频线圈产生的感应电动势是逐渐衰减的，因而在示波器上出现“尾波”。精品. 图1 NMR信号 图2 稳态信号和带有“尾波”的信号三、 实验仪器NMR实验装置原理图如图3所示。图3实验装置图静磁场由永磁体产生，并配以扫场线圈对，NMR电源供给50Hz可调的扫场电压，并供给探测器电源；探测器包括边限振荡器和检
4、波放大电路，探头是装有样品的振荡线圈，也是探测线圈；样品为水和聚四氟乙烯，核磁共振是对水中的氢核和聚四氟乙烯中的氟核而言；示波器用来观察共振信号。精品.四、 实验步骤1质子NMR信号的观察按图3连接线路，把装有水样品探头置于固定磁场中心处，并使探头线圈轴线与垂直。缓慢改变、和，直到示波器出现共振吸收信号，然后改变、和的大小，观察共振信号的位置、形状的变化并讨论。2磁场测量使示波器上共振吸收信号等距,利用频率计测定NMR射频场的频率，由式(2)就可求得未知场的大小。用毫特拉计测出，并与NMR法结果相比较。3氟核()旋磁比的测量当两种核对应同一大小静磁场发生共振时，由式(1)可得分别调出射频和，若
5、已知一种核的旋磁比，就可求得另一种核的旋磁比。用氢核()作标准，测定氟核()的旋磁比。五、 实验数据记录与处理等间距频率/MHz重合频率/MHz磁场实验强度/mT磁场理论强度/mT误差交变磁场幅度/T1号H20.28820.303426.6476.610.5%3.52410-42号H20.28620.320426.2476.510.6%7.98710-43号H20.28220.317425.8476.410.7%8.22210-43号F19.07919.097421.5/4号H20.28720.319425.4476.510.7%7.51710-45号H20.28620.315426.1476
6、.510.6%6.81210-46号H20.28320.315423.1476.411.2%7.51710-4氟核的旋磁比：交变磁场的幅度计算：精品.（以样品1为例，其它计算结果均在表格中）六、 思考题1扫场(调制磁场)和旋转磁场是一回事吗？它们在观测取NMR信号中各起什么作用？答：不是一回事。扫场是为了使得电磁波能量子与塞曼能级间隔相等，从而使氢核吸收能量子发生跃迁，也就发生了核磁共振的吸收现象。但由于两个能级之间能差很小，而NMR的讯号正是依靠这些微弱过剩的低能态核吸收射频电磁波的辐射跃迁到高级产生的。此时就需要旋转磁场，使高能态的核将能量转移给周围的分子，使共振吸收信号更连续，更明显。2
7、测量静磁场时，为何要求示波器上NMR信号之间等距?此时，若改变扫场的大小，信号间距是否变化?试绘图说明。答：此时才能保证在轴上，波节点之间是等间距的。若改变扫场大小，间距不会改变，只会改变振幅大小。七、 误差分析精品.1) 交变磁场的频率会在某些时刻发生突变，破坏波形。本实验误差均在10%左右，此仪器误差占主要影响因素。2) 实验时示波器波形极易发生跳动，使我们难以精确判断何时等间距何时重合，导致频率测定不准。八、 总结本实验证实了氢核的共振频率虽然不变，但其所处的外界环境不同时，会使得所测频率会略有不同。实验中1号硫酸铜溶液对磁场强度的理论值计算与实测值误差最小，但整体误差都较大。如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！精品
