核磁共振实验报告.docVIP

关于核磁共振现象的实验研究与讨论

崔泽轮0942024018

物理学院核工程与核技术专业

摘要：利用连续波法观察了核磁共振现象，测定了H核的核磁共振频率，计算了H核的核磁共振参数，研究了H核在扫场频率和振荡幅度分别作用下的饱和现象。

关键词：核磁共振；共振频率；共振信号；饱和现象；匀强磁场

引言

核磁共振是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中，由电磁波引起的共振跃迁现象。1945年12月，珀塞尔等人首先在石蜡样品中观察到核磁共振吸收信号，之后核磁共振领域得到广泛关注，许多物理学家进入这个领域，并取得了丰硕成果。目前，核磁共振技术已经广泛应用于物理、化学、生物、医学等各个领域并发挥着日益重要的作用。它在测定原子核磁矩以及研究原子核结构方面是直接而且准确的方法，也是精确测量磁场的重要方法之一。

虽然产生核磁共振的原理是相同的，但对核磁共振现象的观察与研究的试验方法却有很多，其中连续波的方法易于操作和观察[1]，结果直观易得，故本实验采用这种方法。关于实验原理，本实验并不深究。本实验重点在于观察核磁共振现象，并验证核磁共振原理的若干相关推论，而后对实验中的一些现象作一些分析和讨论，探明这些现象的原因。

1实验部分

1.1使用试剂

本实验主要探究H原子核，即质子，在不同化学环境中的共振现象，以及F核在原子状态下的核磁共振现象。关于H核，实验试剂选择了五种：1％的MnCl2溶液、1％的CuSO4溶液、1%的FeCl3溶液三种试剂属于弱酸性，且酸性依次增强；纯水呈中性；丙三醇属于有机物。关于F核，实验选择以原子状态存在的F为研究对象。

2.2实验方法

本实验采用连续波的方法。首先有用此帖产生一个恒定匀强磁场B01，再由扫场线圈在B01上叠加一个旋进磁场B02=Asinω0t叠加后的匀强磁场为B0=B01+Asinω0t，即其在一定范围内做正弦运动。有信号检测器在探头内产生一个与B0垂直的正弦运动的磁场B1=2Asinω0t其中B1的角频率ω可调。设Bω=ω/γ,则每当B1在运动过程中扫过Bω时，产生一次共振。故共振现象随扫场频率周期性发生。由示波器可观察共振信号。

1.3设备与规格

ZKY-HG-Ⅱ型专业级边限振荡器核磁共振实验仪：包括边限振荡器、频率计、扫场电源部分、信号检测器以及匀强磁场等部分构成。其中边限振荡器用以产生横向磁场B1；频率计用以调节和显示信号检测器振荡线圈中的信号频率大小和信号幅度；扫场电源部分用以在匀强磁场B01上叠加一个旋进磁场B02，用以控制共振周期性发生，从而减小饱和对信号强度的影响；信号检测器是对振荡线圈频率控制和对试剂共振信号的检测和处理的装置；匀强磁场由两块永磁铁产生。

数字双踪示波器，用以观测共振信号。

1.4实验过程

1.4.1观察硫酸铜中H核的共振图像

以硫酸铜溶液为观测试剂，调整得到共振图像如图1.4.1

图1.4.1

1.4.2测定各试剂中H的共振频率

分别以1％的MnCl2溶液、1％的CuSO4溶液、1%的FeCl3溶液、丙三醇和纯水为观测试剂，测定其在振荡幅度为150mv到250mv之间时的共振频率得到结果如表1.4.1所示。

不同试剂的测量及计算参数

试剂类别

共振频率f（MHz）

振荡幅度(mv)

硫酸铜

21.1737

200

三氯化铁

21.1740

200

氯化锰

21.1735

200

丙三醇

21.1736

200

纯水

21.1732

200

表1.4.1

1.4.3观察由振荡幅度引起的饱和现象

分别以上述五种试剂为观测试剂，调节观测其共振信号幅度随振荡幅度的变化，得到结果如表1.4.2所示。

振荡幅度

0.075

0.1

0.15

0.20

0.25

0.30

试剂类别

共振信号幅度（mv）

硫酸铜

1860

1900

1870

2050

1920

935

三氯化铁

1770

1810

1790

1920

1970

975

氯化锰

1060

1070

1050

1130

1170

712

丙三醇

1890

1730

1490

1460

1390

563

纯水

314

248

171

186

160

74

表1.4.2

1.4.4观察由扫长频率引起的饱和现象

以丙三醇为观测试剂，调节并观测其共振信号幅度随扫场频率的变化关系得到结果如表1.4.3所示。

扫场频率（Hz）

100

90

80

70

60

50

40

30

共振信号幅度（mv）

1.32

1.36

1.47

1.52

1.58

1.64

1.70

1.81

表1.4.3

1.4.5测量F核的核磁共振参数

以F为观测试剂，测定其共振频率结果如表1.4.4。

振荡幅度

162mv

共振频率（MHz）

19.9187

表1.4.4

2磁场及共振参数的计算

2.1实验结果的处理与分