核磁共振实验报告

姓名：aTiaoE-mail：[e-mail]2核磁共振实验报告【实验目的】1.了解核磁共振的实验基本原理2.学习利用核磁共振校准磁场和测量g因子的方法3.【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jP存在如下关系22BjjjjeeBegPgPPmheem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和自旋角动量jP也存在如下关系22NININIIpegPgPPmh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02BhE的氢核发射能量为h的光子，当0=2Bhh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2.用扫场法产生核磁共振在实验中要使0=2Bhh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sinmBBt，使氢质子能级能量差0sin2mhBBt有一个变化的区域，调节射频场的频率，使射频场的能姓名：aTiaoE-mail：[e-mail]3量h能进入这个区域，这样在某一瞬间等式0sin2mhBBt总能成立。由图可知，当共振信号非等间距时共振点处0sin2mhBBt，sinmBt未知，无法利用等式求出0B的值。调节射频场的频率使共振信号等间距时，共振点处sin=0mBt，0=2Bhh，0B的值便可求出。【实验仪器用具】试验装置如图所示。它由永久磁铁、扫描线圈、DH2002型核磁共振仪（含探头）、DH2002型核磁共振仪电源、数字频率计、示波器组成。永久磁体：对永久磁铁的要求是由较强的磁场、足够大的均匀区和均匀性好，本实验所用的磁铁中心磁场𝐵0约0.48T，在磁场中心（5mm）3范围内，均匀性优胜于-510.姓名：aTiaoE-mail：[e-mail]4扫场线圈：用来产生一个幅度在-5-310--10T的可调交变磁场用于观察共振信号，扫描线圈的电流由变压器隔离降压后输出交流6V的电压。扫场的幅度的大小可通过调节核磁共振仪电源面板上的扫场电流电位器调节。探头：本实验使用样品为水（掺有硫酸铜）和固态的聚四氟乙烯的探头。测试仪由探头和边限振荡器组成，液态的1H样品装在玻璃管中，固态19F样品做成棍状。在玻璃管或棍状固态样品上绕有线圈，这个线圈就是一个电感L，将这个线圈插入磁场中，线圈的取向与𝐵0垂直，线圈两端的引线与测试仪中处于反相接法的变容二极管并联构成LC电路并与晶体管等非线性元件组成振荡电路。当电路震荡时，线圈中即有射频场产生并作用于样品上。改变二极管两端反向电压的大小可改变二极管两个之间的电容C，由此来达到调节频率的目的。这个线圈兼作探测共振信号的线圈。【实验内容、实验数据以及处理】1.校准永久磁铁中心的磁场𝐵0首先把装有水（掺有硫酸铜）的探头插入到磁铁中心，并调节其位置使其处于磁场的中心。缓慢调节测试仪频率旋钮，改变振荡频率（由小到大或者由大到小），同时观察示波器，搜索共振信号。当共振信号均匀排列而且间隔为10ms时，读取频率H=20.555Hz。继续调节射频磁场频率，使得共振先后发生在（𝐵0+𝐵‘）和（𝐵0-𝐵‘）处，即让共振分别发生在正弦波的峰顶和谷底附近，共振信号均匀排列，时间间隔为20ms。记下此时的共振频率为H’和H”，分别为：H’=20.569MHz，H”=20.540MHz。根据=/2HB，得到：020.555z==0.48342.577469z/TMHBTMH根据(')/2'/2HHB,得到：4020.569z-20.540MHz==3.41042.577469z/TMHBTMH𝐵0的误差估计：5'3.41010BBT即500.4833.410BTT2.测量19F的g因子我们把样品为水的探头换为样品为聚四氟乙烯的探头，并把测试仪处于磁场中心位置。用与校准磁场过程相同的方法和步骤，测量出聚四氟乙烯中19F与𝐵0对姓名：aTiaoE-mail：[e-mail]5应的共振频率F=19.339MHz。在波的封顶和峰谷对应的的F’=19.378MHz和F”=19.302MHz。根据//NBgh，得到：19.339/0.4835.2521.6225914/TMHzTgMHz又可得到：3(V'V)/20(19.37819.302)/203.810FFFVMHzMHzMHz相对误差：224002.08310FFVBggVB绝对误差：435.2522.08310110g所以，结果表示为5.2520.001g【实验中出现的问题以及思考题解答】1.误差分析本实验的误差主要来自于实验仪器的误差。在实验中，永久磁铁产生的磁场大小和方向上都非均匀，我们近似认为其为匀强磁场；在放置探头时，其位置不同磁场会有不同，一般要将其置于磁场中心以减小误差。装置中各连接线的扰动也对实验结果有影响。在实验过程中，对连接线的轻微扰动甚至是对桌面的轻微触碰都会影响到频率的读取，所以要尽量减少此类干扰。在读取频率时，由于频率读数不稳定，应选取变化范围中较为居中的值。2.共振信号实验中，总磁场为永久磁铁产生的磁场和交变磁场相叠加得到。为0sinmBBt，只有当/落在0mBB～0mBB这个范围之内时，才会产生共振。为了方便找到共振信号，应该增大mB，使得0mBB～0mBB的范围增大，在调节射频场的频率时更容易使/落在此范围内进而产生共振。