核磁共振实验报告

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B0的共振频率，并以此频率和质子的公认旋磁比值

267.52MHz/T计算样品所在位置的磁场B0

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和总角动量Pj存在如下关系

jg为原子的旋磁比2BePjgPjPj2mehe为朗德因子，e、me是电子电荷和质量，B称为玻尔磁子，

对于自旋不为零的原子核，核磁矩j和自旋角动量Pj也存在如下

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关系

2NeIgNPIgNPIPI

2mph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

B0中能级将发生赛曼，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Eh=B0h的氢核发射能量为h的光子，当2B0h时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，2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

0B0

2．用扫场法产生核磁共振 在实验中要使h=B0h得到满足不是容易的，因为磁场不是容易2控制，因此我们在一个永磁铁B0上叠加一个低频交谈磁场BBmsint，使氢质子能级能量差

hB0Bmsint有一个变化的区域，调节射频场2的频率，使射频场的能量h能进入这个区域，这样在某一瞬间等式

hB0Bmsint总能成立。如图， 2 2 / 7

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由图可知，当共振信号非等间距时共振点处

Bmsint未知，无法利用等式求出B0的值

hB0Bmsint，2 调节射频场的频率使共振信号等间距时，共振点处Bmsint=0，

h=B0h，B0的值便可求出 2

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f1 当共振信号等间距时共振点频率f2 当共振信消失时共振点的频率为f3

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扫场电压(V) 100 75 50 25 5

○1由公式h=f1MHz f2MHz f3MHz 24.616 24.629 24.1 24.6 24.663 24.674 24.671 24.671 24.668 24.667 24.718 24.706 24.692 24.680 24.670 B0h2B0可计算出B0的值 2数据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B0的时候取的平均值=f2i24.670MHz

i15B02=224.670MHz=0.579T

267.52MHz/T2计算扫场的幅度 ○

hhB0Bmsint2hhf12B0Bmhhf2B0 2hhf32B0BmBmf3f1 在上面的推导中，我们之所以用f1,f2是为了减小误差

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UU由上面的五组数据得UUU100V,75V,50V,25V,5V,Bm1.20103T;Bm9.04104T;Bm5.99104T; Bm3.05104T;Bm8.22104T. 根据计算的结果，发现扫场的大小Bm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。 射频磁场强度 10 9.8 9.6 9.4 9.2 9.11 9 8 7 6 示波器读数 1.8 3 3.4 2.5 3.8 3.0 2.2 2.9 2.5 2.0 放大倍数 0.05 共振信号强度 0.09 0.15 0.34 1.252 1.9 1.5 1.1 0.58 0.25 0.2 0.05 0.1 0.5 0.5 0.5 0.5 0.2 0.1 0.1 5 / 7

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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

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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，

0B00B0gh2N1836h1836h01836hf2N2NB0BB0

18366.02103424.207106927.410260.5794.98 计算得到的氟的g因子为4.98

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