核磁共振实验报告材料.doc
应物 0903 班
核磁共振实
验报告
王文广U200910198
苏海瑞U200910218
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 P j存在如下关系
j g
e P j g2B P j P j 2m e h
e为朗德因子， e、m e是电子电荷和质量， B 称为玻尔磁子，
为原子的旋磁比
对于自旋不为零的原子核，核磁矩和自旋角动量P也存在如下
关系
g
e P g
2 N P
P
I
N
2m p I
N
h I
I
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
B 0 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
E
B 0 h
的氢核发射能量为 h 的光子，当
2
h =
B 0 h
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
B
2．用扫场法产生核磁共振
在实验中要使 h = B 0h
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 B 0 上叠加一个低频交谈磁场 B B m sin t ，
使氢质子能级能量差
h B m sin t 有一个变化的区域， 调节射频场
B 0
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
2
h
B 0 B m sin t 总能成立。如图，
由图可知，当共振信号非等间距时共振点处
h
B 0 B m sin t ，
2
B m sin t 未知，无法利用等式求出 B 0 的值
调节射频场的频率 使共振信号等间距时，共振点处 B m sin t=0 ， h = B 0 h
， B 0 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 当共振信号等间距时共振点频率
当共振信消失时共振点的频率为
f 1
f 2
f 3
扫场电压 (V) f1 MHz f 2 MHz f 3 MHz 100 24.616 24.674 24.718
75 24.629 24.671 24.706
50 24.641 24.671 24.692
25 24.654 24.668 24.680
5 24.663 24.667 24.670
○B0 h 2
由公式 h = B0可计算出B0的值
1
2
数据中共振信号等间隔时的共振频率相差不大，这应该是由实验
5
仪器造成的我们在计算 B0的时候取的平均值= f 2i 24.670MHz
i 1
B0 2 = 2 24.670MHz =0.579T
267.52MHz/T
○2 计算扫场的幅度
h
B0 B m sin t
h
2
hf1 h
B0 B m 2
hf 2 h B0
2
hf 3 h
B0 B m 2
B m
f3 f1
在上面的推导中，我们之所以用f1, f2是为了减小误差
U 100V , B m
1.20
10 3T; U 75V , B m
9.04 10 4T ; 由上面的五组数据得
U
50V , B m
5.99 10 4T; U 25V , B m
3.05 10 4T; U 5V
, B m
8.22 10 4T .
根据计算的结果，发现扫场的大小 B m 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
示波器读数
放大倍数
共振信号强度
10 1.8 0.05 0.09 9.8 3 0.05 0.15 9.6 3.4 0.1 0.34 9.4 2.5 0.5 1.252 9.2 3.8 0.5 1.9 9.11 3.0 0.5 1.5 9 2.2 0.5 1.1 8 2.9 0.2 0.58 7
2.5 0.1 0.25 6
2.0
0.1
0.2
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
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，
0B
B0
h 1836h 1836h 0 1836hf g
2 N 2 N B0 B
B
2 N
1836 6.02 10
927.4 10
4.98
34
26
24.207 106
0.579
计算得到的氟的g 因子为 4.98