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核磁共振实验

核磁共振实验. ——葛进 电科091 08461213. 实验简介. 核磁共振 (Nuclear Magnetic Resonance NMR) 波谱学是近几十年发展的一门新学科。 1924 年，泡利 (Pauli) 在解释原子光谱的超精细结构时，提出了原子核具有磁矩的概念。 1938 年，拉比 (Rabi) 等人在原子束实验中首次观察到核磁共振 (NMR) 现象，为此获得了 1944 年 Nobe1 物理奖。.

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核磁共振实验

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  1. 核磁共振实验 ——葛进 电科091 08461213

  2. 实验简介 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance NMR)波谱学是近几十年发展的一门新学科。1924年，泡利(Pauli)在解释原子光谱的超精细结构时，提出了原子核具有磁矩的概念。1938年，拉比(Rabi)等人在原子束实验中首次观察到核磁共振(NMR)现象，为此获得了1944年Nobe1物理奖。

  3. 1946年，以珀赛尔(Purcell)和布洛赫(Bloch)领导的两个研究小组分别独立观测到水和石蜡中质子的核磁共振信号，因为他们检测到浓缩物质中的核磁共振现象而共享了1952年Nobe1物理奖。核磁共振已经广泛地应用于有机物质的研究，化学反应动力学，高分子化学以及医学，药学和生物学等领域，是物理、化学、生物、医学等领域中分析鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。1946年，以珀赛尔(Purcell)和布洛赫(Bloch)领导的两个研究小组分别独立观测到水和石蜡中质子的核磁共振信号，因为他们检测到浓缩物质中的核磁共振现象而共享了1952年Nobe1物理奖。核磁共振已经广泛地应用于有机物质的研究，化学反应动力学，高分子化学以及医学，药学和生物学等领域，是物理、化学、生物、医学等领域中分析鉴定和微观结构研究不可缺少的工具。

  4. 实验目的 （1）掌握脉冲核磁共振的基本概念和方法。 （2）学会用基本脉冲序列测量液体样品的驰豫时间，观测核磁共振现象。 （3）了解傅立叶变换-脉冲核磁共振实验方法测量核磁共振谱。

  5. 实验原理 核磁共振 (nuclear magnetic resonance，NMR) 是指自旋磁矩不为零的原子核，在外磁场中，其核能级将发生分裂。若再有一定频率的电磁波作用于它，分裂后的核能级之间将发生共振跃迁的现象。

  6. 实现核磁共振的条件 在一个恒定外磁场B0作用下，另在垂直于B0 的平面（x, y平面）内加进一个旋转磁场 B1，使 B1转动方向与μ的拉摩尔进动向相同，见图6.1（a）。如 B1的转动频率ω与拉摩尔进动频率ω0相等时μ会绕B0和 B1的合矢量进动，使μ与B0的夹角θ发生改变， θ增大，核吸收B1磁场的能量使势能增加。

  7. （a） （b） 图6.1

  8. 如果的旋转频率ω与ω0不等，自旋系统会交替地吸收和放出能量，没有净能量吸收。因此能量吸收是一种共振现象，只有B1的旋转频率ω与ω0 相等使才能发生共振

  9. 实验仪器 FD-CNMR-I核磁共振实验仪主要包括磁铁及调场线圈、探头与样品、边限振荡器、磁场扫描电源、频率计及示波器。 核磁共振实验装置示意图 核磁共振仪器

  10. 核磁共振仪原理及核磁共振信号

  11. 实验内容 （1）匀场的调节 实验前将脉冲将旋至最大。调节Z、X、Y使“自由衰减”时间大于20ms（约2ppm的精度）。 调节匀场电源的目的是为了获得均匀磁场，从而提高磁铁精度从而提高测量精度

  12. （2）用示波器观察自由衰减信号（FID） （a）得到脉冲核磁共振信号必须具备以下两个必须条件： 第一、探头与放大器匹配； 第二、磁场与脉冲射频频率满足共振条件，即 ω ﹦γ · B0 （氢核的旋磁比 γ ＝ 42.577 MHz/T）。

  13. 探头与放大器匹配是指脉冲射频以最大功率加载至探头上，同时探头探测的信号以最大功率输入至放大器上。调节匹配由“开关放大器”背后的可变电容完成（一般情况仪器验收完成后已调节好，用户最好不要随意调节）。为了得到良好的放大器性能我们采用的是固定频率，而是调节磁场强度至共振条件。即通过的“匀场电源”中的“I0调节”旋钮调节磁极两端的线圈电流来调节磁场。探头与放大器匹配是指脉冲射频以最大功率加载至探头上，同时探头探测的信号以最大功率输入至放大器上。调节匹配由“开关放大器”背后的可变电容完成（一般情况仪器验收完成后已调节好，用户最好不要随意调节）。为了得到良好的放大器性能我们采用的是固定频率，而是调节磁场强度至共振条件。即通过的“匀场电源”中的“I0调节”旋钮调节磁极两端的线圈电流来调节磁场。

  14. （b）用第一脉冲进行观察观察。第一脉冲宽度由零开始调大至某值，相应磁场 调整，观察波形变化，目的都使FID信号衰减最慢，脉冲宽度变化意味着样品体系、磁化矢量、倾倒角的变化，设置不同的脉冲角度，如90°, 180°等，观察FID变化，90°信号最大，180°信号为零。

  15. （3）用自旋回波法测量横向弛豫时间 由于磁场的不均匀导致不同空间位置的原子核发射的频率不同，随时间推移不同频率不同的电磁波相位逐渐不同最后相互抵消，从而导致自由衰减信号消失造成测量T2严重误差。为了精确测量T2采用90o ~ 180o双脉冲自旋回波法测量T2

  16. 90o ~ 180o双脉冲自旋回波法测量T2：第1脉冲调至90o脉冲（自由衰减最大），调节第2脉冲至180o脉冲（自由衰减最小），调节磁场（调节I0）至共振频率与射频脉冲频率相等就可以观察到自旋回波。调节I0至自旋回波最大，调节第1脉冲至自旋回波信号最大，调节第2脉冲至自旋回波信号最大。改变脉冲间隔测量T2。

  17. （粗调时重复时间旋至最大，脉冲间隔20mS左右，样品采用0.1%硫酸铜溶液或水）。用（粗调时重复时间旋至最大，脉冲间隔20mS左右，样品采用0.1%硫酸铜溶液或水）。用 脉冲的方法获得自旋回波信号，如果自旋回波较小，可以反复调节I0至回波最大，再改变τ分别获得回波极大值，作包络线，求出T2

  18. 谢 谢 ！

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