1、前言和實驗?zāi)康暮舜殴舱袷侵甘茈姶挪ㄗ饔玫脑雍讼到y(tǒng)在外磁場中磁能級之間發(fā)生共振躍遷的現(xiàn)象。本實驗的樣品在外磁場中，外磁場使樣品核能級因核自旋不同的取向而分裂，在數(shù)千高斯外磁場下核能級的裂距一般在射頻波段，樣品在射頻電磁波作用下，粒子吸收電磁波的能量，從而產(chǎn)生核能級的躍遷。1932年發(fā)現(xiàn)中子后，才認識到核自旋是質(zhì)子自旋和中子自旋之和，質(zhì)子和中子都是自旋角動量為的費米子，只有質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)兩者或其一為奇數(shù)時，核才有非零的核磁矩，正是這種磁性核才能產(chǎn)生核磁共振。核磁共振信號可提供物質(zhì)結(jié)構(gòu)的豐富信息，如譜線的寬度、形狀、面積、譜線在頻率或磁場刻度上的準確位置、譜線的精細結(jié)構(gòu)、超精細結(jié)構(gòu)、弛豫時間等，加之是對樣品的無損測量，廣泛的應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)的確定、液相和固相的動力學(xué)研究、醫(yī)用診斷、固體物理學(xué)、分析化學(xué)、分子生物學(xué)等領(lǐng)域，是確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)的重要實驗方法。核磁共振還是磁場測量和校準磁強計的標準方法之一，其不確定度可達%。實驗?zāi)康模海?）掌握核磁共振的實驗原理和方法（2）用核磁共振方法校準外磁場B，測量氟核的因子以及橫向馳豫時間2、實驗原理如原子處在磁場中會發(fā)生能級分裂一樣，許多原子核處在磁場中也會發(fā)生能級的分裂，因為原子核也存在自旋現(xiàn)象。質(zhì)子和中子都是自旋角動量等于的費米子，當質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)都為偶數(shù)時原子核的磁矩為0，當其一為奇數(shù)時原子核磁矩為半整數(shù)，當兩個都為奇數(shù)時核磁矩為整數(shù)。只有具有核磁矩的原子核才有核磁共振現(xiàn)象。我們知道在微觀世界里物理量都只能取分立的值，即都是量子化的。原子核的角動量也只能取分立的值,I為自旋量子數(shù)，取分立的值。對于本實驗用到的和，自旋量子數(shù)I都為1/2。沿z方向的角動量為，在這里m只能取1/2或-1/2。而自旋角動量不為0的核具有核磁矩，考慮沿z軸方向則有，其中以為原子核磁矩的基本單位，。在沒有磁場作用時，原子核的能量時一樣的，但處于磁場中則會發(fā)生能級分裂，，本實驗中，故有。外加一射頻場，當滿足一定的條件時就會發(fā)生共振吸收，條件為，從而有共振頻率。通過測量ν，B可以得到γ；而在已知某原子核γ值的情況下，通過測量共振頻率即可得磁場強度。通過以上的討論我們已經(jīng)了解了核磁共振的機理，而為了觀察到共振現(xiàn)象通常有兩種方法：一種是固定B連續(xù)改變頻率，稱為掃頻法；另一種為固定頻率連續(xù)改變磁場大小，稱為掃場法，也是本實驗采用的方法。如果掃場速度慢將得到洛倫茲型曲線，若變化較快則得到帶有尾波的衰減振蕩曲線。但對于不同原子核而言，快慢的定義是不同。在本實驗中采用的頻率為50hz,對而言是快場，而對而言則為慢場。另外磁場越是均勻，尾波的振蕩次數(shù)就越多。3、實驗器材永久磁鐵(含掃場線圈)、邊限振蕩器(包括探頭兩個(樣品分別為水和聚四氟乙烯))、數(shù)字頻率計、示波器、可調(diào)變壓器4、注意事項1、應(yīng)注意盡量把樣品放至中間以獲得較均勻磁場，可通過對示波器的觀察進行調(diào)節(jié)。2、注意接線，本實驗對外界信號較為敏感，故要注意保證接線的可靠性。3、調(diào)節(jié)時要有耐心，不宜太快，以得到較高的精確度。4、要愛護器材，這種器材一旦有所損壞會導(dǎo)致靈敏度迅速降低甚至得不到結(jié)果。5、實驗數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)處理、計算結(jié)果和估算不確定度等根據(jù)實驗測量得實驗數(shù)據(jù)如下：1.估測永久磁鐵中心最均勻處磁場及其不確定度的實驗數(shù)據(jù)序號的頻率谷點的頻率峰點的頻率（T）125.07225.07925.0620.000020225.07225.08125.0640.000020325.07425.07925.0610.000021平均值25.07325.08025.0620.000020數(shù)據(jù)處理：中間最均勻磁場的估計值為：=0.58886T掃場幅度為：=0.00021T測量的不確定度為：=0.00002T故計算結(jié)果如下：2.測量的值所得的實驗數(shù)據(jù)序號氟的頻率谷點的頻率峰點的頻率(T)(MHz)123.58723.59423.5810.0000160.00065223.58623.59723.5830.0000170.00070323.58423.59523.5800.0000190.00075平均值23.58623.59523.5810.0000170.00070由以上數(shù)據(jù)得估計值為：=40.054MHz/T不確定度為：=0.002MHz/T所以所得結(jié)果為：實驗冊附錄中給的值為40.055MHz/T,測量所得結(jié)果與之相符。6、分析實驗結(jié)果和不確定度的來源及談?wù)勑牡煤透倪M方法分析實驗結(jié)果和不確定度來源：實驗所得結(jié)果與實際值基本相符，較為理想，但也存在一些因素使測量的精度受限：①示波器的使用帶了的觀察上的誤差，精度有限②射頻器的頻率調(diào)節(jié)變化太快，無法實現(xiàn)更為精確的調(diào)節(jié)③中間均勻磁場的尋找會引入誤差，手動粗調(diào)一般誤差較大改進方法：①改進示波器的精度；或?qū)⑿盘栞斎腚娔X處理，用電腦判斷給出尾波數(shù)，以得更精確結(jié)果②改進頻率調(diào)節(jié)器如設(shè)置微調(diào)旋鈕，使其能實現(xiàn)微調(diào)③采用機械方式調(diào)節(jié)樣品位置，如可設(shè)置為通過旋鈕調(diào)節(jié)其空間位置實驗心得：本實驗所使用的儀器有兩種，開始時我采用的是調(diào)節(jié)難度較大的復(fù)旦大學(xué)的儀器，由于實驗儀器受損外界干擾大未能完成實驗。不過通過這個不成功的實驗也頗有體會，在做精確要求較高的實驗時采用視覺判斷和手動直接調(diào)節(jié)難以得到理想的實驗結(jié)果，且實驗時必須屏蔽外界的干擾信號。復(fù)旦大學(xué)儀器采用人工調(diào)節(jié)位置且自由度巨大，放樣品的線圈也即振蕩線圈可以扳動，靠視覺判斷其是否豎直向下，放入后可上下左右前后純手工調(diào)節(jié)。另外各種設(shè)備可能屏蔽外界干擾不到位使得得不到穩(wěn)定信號。感覺用這種實驗儀器做精確的近代物理實驗是沒什么意義的，不過倒是可以作為我們設(shè)計實驗儀器應(yīng)注意事項的反面教材。于是后來只好到同學(xué)已做完的實驗儀器上完成本實驗。7、選擇題1）、在核磁共振實驗系統(tǒng)中磁場調(diào)制的主要作用：CA、產(chǎn)生一正弦波。B、與外磁場，疊加形成合磁場。C、幫助實驗者比較容易地發(fā)現(xiàn)共振信號。D、便于從示波器獲得穩(wěn)定清晰波形。2）、在本實驗中產(chǎn)生核磁共振信號的方法是：BA、脈沖波法。B、連續(xù)波法。C、感應(yīng)輻射法。D、上述任意一種方法。3）用示波器掃描信號觀察核磁共振吸收信號中，當射頻振蕩輸出頻率等于核磁共振頻率時，共振吸收峰的特征是：BA、峰位置要隨調(diào)制磁場幅度值的改變而移動。B、峰位置等間距，峰位置會隨調(diào)制磁場幅度值改動而移動。C、峰位置等間距，峰位置不隨調(diào)制磁場幅值改變而移動，僅峰值有微小變化。D、峰的位置及幅值都會隨調(diào)制磁場幅值的改變而改變。4）當射頻振蕩頻率為適合外磁場的原子核拉摩爾頻率時，調(diào)制磁場的幅度改變不影響共振吸收峰的位置的原因是：AA、核磁共振吸收峰出現(xiàn)在調(diào)制磁場瞬時值為0的時刻。B、示波器掃描信號頻率為共振信號的整數(shù)倍時。C、原子核拉摩爾頻率為射頻振蕩頻率的整數(shù)倍。D、射頻振蕩頻率為調(diào)制磁場頻率的整數(shù)倍。5）射頻邊緣振蕩線圈在NMR實驗中的作用：CA、只作高頻磁場的發(fā)射線圈。B、只作共振信號的接收線圈。C、既作高頻磁場的發(fā)射線圈又作共振信號的檢測線圈。D、以利用自差法觀測共振現(xiàn)象。6）本實驗采用連續(xù)波方法產(chǎn)生NMR信號，其調(diào)制磁場的產(chǎn)生裝置是DA、交流電。B、通電的赫姆霍茲線圈C、通電的長直螺線管。D、通以工作頻率電流的一對特制線圈。8、思考題1).什么樣的原子核具有核磁矩？什么樣原子核能產(chǎn)生核磁共振？本實驗中的樣品是什么原子核？答：質(zhì)子數(shù)或中子數(shù)為奇數(shù)的原子核具有核磁矩，具有磁矩的核能產(chǎn)生核磁共振，本實驗用的樣品是水和聚四氟乙烯，故為1H和19F2).實驗中不加掃場能否觀察到共振信號？為什么？答：能，可采用固定磁場大小而改變射頻頻率的辦法實現(xiàn)，時產(chǎn)生共振。3).怎樣利用核磁共振測量磁場強度？

答：用水做樣品，通過1H的核磁共振來測量磁場強度。將樣品放入磁場中，測量發(fā)生共振時射頻場的頻