連續波核磁共振實驗實驗報告一、 實驗目的與實驗儀器實驗目的：（1） 掌握核磁共振的基本原理和穩態吸收的實驗方法；（2） 用磁場掃描法（掃場法）觀察核磁共振現象；（3） 測定氫核和氟核的g因子；（4） 學會核磁共振方法測定磁場，并學習校準毫特斯拉計的方法。實驗儀器：FD-CNMR-C型連續波核磁共振實驗儀，主要包括磁鐵、邊限振蕩器、實驗主機、頻率計及示波器。二、 實驗原理（要求與提示：限400字以內，實驗原理圖須用手繪后貼圖的方式）核磁共振的量子力學描述1） 單個核的磁共振將氫核放入外磁場萬中時?'-打"「’”’?'，”，若此時外磁場為禹，又疊加一個電磁波作用于氫核，若?投了'*，則氫核會吸收電磁波能量，發生能級躍遷，產生核磁共振吸收現象，核磁共振條件為%=（^^）舄臺3。=丫的02） 核磁共振信號強度在熱平衡下，核數目在兩個能級相對分布為奪=e沖（蜀=exp（-%盧滬1—園舟，gWo^kT

1即B0越強，越有利于觀察。核磁共振的經典力學描述1）單個核的摩拉爾進動核磁矩在恒穩磁場中運動時，若在Bo的垂直方向外加旋轉磁場當，且B1<<B0，%的角頻率與轉動方向和磁矩^的進動角頻率和進動方向都相同，此時u受岳的影響，e角發生變化，e增大時，核要從岳中吸收能量，產生核磁共振，共振條件為口=口0=*.鳥2）布洛赫方程樣品中多個磁矩構成磁化強度矢量祐布洛赫方程dM_ _ 1 M-M-――=r■MxB Mi+M1 z Qkdt T2X?『I通過坐標系變換得Iu_羅㈣v,1+T；（6＞（|—命）-+y-M- J+弓。（皿_^）]a扁'一1+7?（.%-切滬+/們" —,u、v是在X，、礦方向分量通過u、v隨w的變化曲線可知，當、的角頻率等于M在磁場Bq中進動角頻率刃0時，吸收信號最強，出現共振。結果分析

4)4)2、1)2)核磁共振信號的調節使用1#樣品并將磁場掃描電源的“幅度調節”旋鈕調至合適位置。調節邊限振蕩器的“頻率粗調”電位器，將頻率調節至共振頻率附近捕捉信號。3） 移動邊限振蕩器仔細調節樣品在磁鐵中的空間位置以得到尾波最多的共振信號，微調“掃描幅度”使得共振信號最大，調節“頻率細調”電位器至信號等寬時測量共振頻率。4） 將將樣品換為氫氟酸或者聚四氟乙烯樣品放入探頭中，測量方法同上。3、 李薩如圖形的觀測采用示波器內掃法4、 毫特斯拉計的校準與磁場測量將探頭放在磁場為零的地方，調節“調零”電位器使主機上示數為零，然后將探頭放入核磁共振磁鐵中，根據計算出的磁場值，調節“校正”電位器使主機顯示值等于計算值。四、數據處理（要求與提示：對于必要的數據處理過程要貼手算照片）五、分析討論（提示：分析討論不少于400字）五、分析討論（提示：分析討論不少于400字）在原子物理學中，對于單電子原子，其電子軌道角動量4、自旋角動量心、總角動量4與磁

=1+嗎+嗎-嗎_1*+1)+s(s+1)+?+1)g_ 2p2 — 2山+1)即單電子的朗德因子，通過該式計算得到電子的朗德因子g=2,與最新的通過實驗測得g=2.00231930436153相比誤差很小，且誤差是由電子反常磁矩產生，同時該式也可推廣至兩個或更多電子的情況而共振“尾波”的長度則由橫向弛豫時間T而共振“尾波”的長度則由橫向弛豫時間T2決定，如果在一次共振發生后，“尾波”過長，導致原子核未完全返回平衡態時就發生了下一次共振，即長弛豫現象，是否會對實驗結果產生影響。可以看出同一族即有相同外層電子排布類型的元素的g因子相同，說明朗德因子反映了元素的結構與性質以上是只考慮了電子的情況，但是在核物理中，原子核由中子和質子構成，質子運動產生磁場和中子對核磁矩的貢獻，使原子核也具有磁矩，即核磁矩’ ’，其中「'-???：?",，目前為止，gN還不能通過公式計算而只能通過實驗測得，且與上面提到的g因子相比存在負數，表明了核結構的特殊性且預示著核子本身結構和相互作用的復雜性。2.關于弛豫時間通過對共振圖像的觀察，發生共振時原子晶格將吸收核的能量，使原子核躍遷到低能態而向熱平衡過渡和共振發生后返回平衡態的過程分別存在縱向弛豫時間T和橫向弛豫時間T查閱文獻中的實驗發現，除了與短弛豫相似的右側共振尾波信號外，還出現了如圖隨著調制磁場靠近共振位置，信號幅值逐步增強而其振蕩頻率逐漸降低的左側信號

這是由于隨著拉莫頻率與LC諧振頻率（即共振頻率）的頻差（即幅度調制頻率）減小，輸出信號幅值逐漸增大，導致左側信號隨靠近共振位置，其幅值逐步上升。六、實驗結論通過核磁共振方法測得氫核與氟核朗德因子g分別為gF=5.2560±0.0015gH=5.58511） 口=口0時，v=y'biT2Mo,其中3=一時，V=1Bm,表明吸收信號的最0top1+Y2B1T1T2 1y.TTI 23^T1 0大值并不是要求鳥無限弱，而是有一定的大小。"22） 吸收強度半寬度%—必= ]—，即線寬主要由弛豫時間丁2決定。弓IT2