文档介绍：核磁共振实验引言核磁共振( NMR )是 1946 年由美国斯坦福大学布洛赫() 和哈佛大学珀赛尔() 各自独立发现的,两人因此获得 1952 年诺贝尔物理学奖。经过 60多年的发展,核磁共振已形成为一门新学科, 核磁共振方法与技术作为物质分析的手段,由于其可深入物质内部而不破坏样品,并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用,已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科, 在科研和生产中发挥了巨大作用。实验目的 1. 了解核磁共振的基本原理和共振吸收的实验方法。 2. 用磁场扫描法(扫场法)观察氢核( 1 H) 和***核( 19F) 核磁共振现象。 3. 学会用核磁共振方法测定磁场和旋磁比。实验原理自旋不为零的粒子( 如电子、质子、原子核) 具有自旋磁矩。一个角动量为 P I 的原子核由于作自旋而产生的核磁矩为 2 I N I pe g P m ?? ???(1) 其中 g N 为核的朗德因子,是一个因原子核而异的常数,通常由实验确定。原子核磁矩的单位为核磁子 27 10 2 Npe J T m ??? ? ??(2) 核的旋磁比?为 N N g ? ???(3) I I P ? ????(4) 核磁矩在外磁场作用下因塞曼效应形成的能量是分立的, 称为原子核能级。与无磁场情况比较,能级分裂的数目为 2I +1,I是核自旋量子数。 0 0 , 1,..., I E B mB m I I I ? ??????? ???????(5) ΔE 分裂后相邻两能级间的能量差为 0 E B ?? ??(6) 其中:γ为旋磁比,? 为普朗克常数,B 0 为稳恒外磁场。根据跃迁选择定则, 只有Δ m=±1的两能级才能产生跃迁。如果在与稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场, 该电磁场的光子能量为 hν,ν为交变电磁场的频率,当该能量等于粒子能级分裂后两能级间的能量差时, 即: 0 0 E hv B ? ?? ???? ?(7) 0 0 2 v B ? ??? ?(8) 低能级上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁,此即核磁共振。按照( 7 )或( 8 )式,要测量氢质子的旋磁比γ( = × 10 8 HzT -1) ,测出 B 0和ν即可求得γ。B 0 在实验设备中用特斯拉计测量,ν可由频率计测出。因为两能级的能量差γ?B 0 是一个精确的量,交变电磁场的能量 hν很难固定在这一值上,实际上在实验中要满足等式( 7) 很困难。解决办法是在永磁铁 B 0 上叠加一个低频交变磁场 B m Sin ωˊt(ωˊ为市电频率 50Hz, 远低于射频场的频率ν, 约几十 MH z), 使氢核( 质子) 两能级能量差值γ?(B 0 +B m sin ωˊt)有一个变化的区域。我们调节射频场的频率ν, 使射频场的能量 hν进入这个区域, 这样在某一瞬间等式 hν=γ? (B 0 +B m sin ωˊ t) 总能成立。(见下图) 此时通过边限振荡器