核磁共振-上海交通大学物理试验中心.PDF

核磁共振(NMR)实验 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance ），是指具有磁矩的原子核在静磁场中，受电 磁波（通常为射频电磁振荡波RF ）激发，而产生的共振跃迁现象． 1945 年12 月，美国哈佛大学珀塞尔（E. M. Purcell ）等人，首先观察到石腊样品中质 子（即氢原子 ）的 磁共振吸收信号．1946 年1 月，美国史丹福大学布珞赫（F. Bloch ） 研究小组住在水样品中也观察到质子的核磁共振信号．两人由于这项成就，获得1952 年诺 贝尔物理奖． 核磁共振被证实之后，许多科学家加入研究的行列，使得此项技术迅速成为在物理、 化学、生物、地质、计量、医学等领域研究的强大工具，尤其是应用在医学诊断上的核磁 共振成像技术 （MRI ），是自X 光发现以来医学诊断技术的重大进展． 核磁共振的相关技术仍在不断发展之中，其应用范围也在不断扩大，本实验通过用最 基本的 磁共振仪器操作，希望使同学能了解其基本原理和 验方法． 【实验目的】 1．了解 磁共振基本原理； 2 ．观察 磁共振稳态吸收信号及尾波信号； 3 ．学习用 磁共振法校准恒定磁场B ； 0 4 ．测量g 因子． 【实验原理】 1．核磁矩 原子核具有自旋角动量P ，根据量子力学原理，P 不能连续变化，只能取离散值 P I I 1 （1） 式中I 为自旋量子数，只能取0，1，2 ，3，… 数或1/2 ， 3/2 ，5/2 ，…半 数； =h/2 π， h 为普朗克常数．本实验的样品氢和氟的I 都是1/2 ．同样的，自旋角动量在空间某一方向 上如Z 的分量的取值也不能连续变化，只能取分立值 P m （2 ） Z 其中m 只能取I ，I -1，…，-I +1 ，-I 共（2I +1 ）个值． 自旋角动量P 不为零的原子 具有相应的 自旋磁矩m ，简称核磁矩，核磁矩大小为 e m g P （3 ） 2M 式中e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个无量纲的量，称“ g 因子”，又称朗德 因子．数值取决于原子核的结构，不同的原子核，g 的数值是不同的，符号可能为正，也 1 可能为负． 原子核的磁矩可以指向任意方向，如无外界作用，它们的指向没有限制．核磁共振测 量的第一步是通过安置一块大型磁铁来形成一个强磁场，然后将原子置于其中，这将使原 子 按一定方式重新排列． 设外界静磁场B 为Z 方向，当磁矩不为零的原子 处在外界静磁场B 中时，与外磁场 发生作用， 自旋磁矩在Z 方向的分量为 e e m g P gm gmm （4 ） z z N 2M 2M 式中m N 称为核磁子，常用作度量核磁矩大小的单位．我们引入 磁矩与自旋角动量之比g g m / P （5 ） 相应地有： m gP g m （6 ） Z Z 2 ．能级分裂与共振跃迁 在外磁场B 中，原子 的磁