1、東北大學(xué)理學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心核磁共振核磁共振(NMR)核磁共振現(xiàn)象核磁共振現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法數(shù)據(jù)處理及分析數(shù)據(jù)處理及分析東北大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心 核磁共振核磁共振(nuclear magnetic resonance) 是指是指原子核原子核在在靜磁場靜磁場作用下，對作用下，對固定頻固定頻率電磁波率電磁波進(jìn)行吸收而在進(jìn)行吸收而在分裂后的能級分裂后的能級之之間產(chǎn)生間產(chǎn)生共振躍遷共振躍遷的物理現(xiàn)象。的物理現(xiàn)象。核磁共振現(xiàn)象核磁共振現(xiàn)象布洛赫布洛赫(Felix Bloch )珀賽爾珀賽爾 (Edward Purcell)核磁共振是核磁共振是19461946年由美國斯坦福

2、大學(xué)布洛赫和哈佛年由美國斯坦福大學(xué)布洛赫和哈佛大學(xué)珀塞爾各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的兩人因此獲得大學(xué)珀塞爾各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的兩人因此獲得19521952年的年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，6060多年來，核磁共振已經(jīng)形成一多年來，核磁共振已經(jīng)形成一門有完整理論的新科學(xué)門有完整理論的新科學(xué) 核磁共振的方法與技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用核磁共振的方法與技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用 1 1、可深入物質(zhì)內(nèi)部而不破壞樣品、可深入物質(zhì)內(nèi)部而不破壞樣品; ; 2 2、具有迅速、準(zhǔn)確、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)、具有迅速、準(zhǔn)確、分辨率高等優(yōu)點(diǎn); ; 3 3、已經(jīng)從物理學(xué)滲透到化學(xué)、生物、地質(zhì)、醫(yī)療、已經(jīng)從物理學(xué)滲透到化學(xué)、生物、地質(zhì)、醫(yī)療以及材料等學(xué)科以及材

3、料等學(xué)科. . 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 目目 的的 1 1、了解核磁共振現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)、了解核磁共振現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)會(huì)用核磁共振法測量磁場。會(huì)用核磁共振法測量磁場。 2 2、掌握測定核的旋磁比、掌握測定核的旋磁比和和g因子的方因子的方法法原原 子子 的的 自自 旋旋 原子具有自旋運(yùn)動(dòng)，存在核自旋角動(dòng)量原子具有自旋運(yùn)動(dòng)，存在核自旋角動(dòng)量和自旋磁矩。和自旋磁矩。PMegn2PnMge2角動(dòng)量與自旋磁矩之間關(guān)系角動(dòng)量與自旋磁矩之間關(guān)系：旋磁比旋磁比：外磁場對原子的作用外磁場對原子的作用0BLdtPdL0Bdtdcos)cos()sin(0000zyxtt磁力矩為磁力矩為：由角動(dòng)量定理得由角動(dòng)量定理得：此微

4、分方程的解為此微分方程的解為：原子在外磁場作用下作原子在外磁場作用下作拉莫爾進(jìn)動(dòng)拉莫爾進(jìn)動(dòng)示意圖示意圖00B核磁矩的量子化核磁矩的量子化)1( IIPmPz) 1() 1(2IIgIIMegNnTJMenN/100493. 5227cos) 1(2IIgmgmMegNNnz314/32/1cos;) 1(cos對于氫核：IIm質(zhì)量數(shù)質(zhì)量數(shù) 原子序數(shù)原子序數(shù) 自旋量子數(shù)自旋量子數(shù)I I偶數(shù)偶數(shù) 偶數(shù)偶數(shù) 0 0偶數(shù)偶數(shù) 奇數(shù)奇數(shù) 1 1，2 2，3.3.奇數(shù)奇數(shù) 奇數(shù)或偶數(shù)奇數(shù)或偶數(shù) 1/21/2；3/23/2；5/2.5/2. ), 1,(IIIm 附加能級量子化mBgBBENz0000000

5、)21(21BgBgBgENNN00B原子核在外磁場作用下產(chǎn)生了附加能量原子核在外磁場作用下產(chǎn)生了附加能量：對于氫核來講對于氫核來講I=1/2I=1/2，則分裂后的能級差為，則分裂后的能級差為：核磁共振的產(chǎn)生核磁共振的產(chǎn)生00B低能態(tài)低能態(tài)高能態(tài)高能態(tài)核磁共振的微觀機(jī)理核磁共振的微觀機(jī)理KTEeNEN0)(& 核可以通過非輻射的方式從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芎丝梢酝ㄟ^非輻射的方式從高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍軕B(tài)，這種過程稱為弛豫。態(tài)，這種過程稱為弛豫。 弛豫的方式有兩種弛豫的方式有兩種： 1 1、自旋、自旋- -自旋弛豫（橫向弛豫）：兩個(gè)處在一定距離內(nèi)，自旋弛豫（橫向弛豫）：兩個(gè)處在一定距離內(nèi)，進(jìn)動(dòng)頻率相

6、同、進(jìn)動(dòng)取向不同的核互相作用，交換能量，進(jìn)動(dòng)頻率相同、進(jìn)動(dòng)取向不同的核互相作用，交換能量，改變進(jìn)動(dòng)方向的過程。改變進(jìn)動(dòng)方向的過程。 2 2、自旋、自旋- -晶格弛豫（縱向弛豫）：處于高能態(tài)的核通過交晶格弛豫（縱向弛豫）：處于高能態(tài)的核通過交替磁場將能量轉(zhuǎn)移給周圍的分子，即體系往環(huán)境釋放能量，替磁場將能量轉(zhuǎn)移給周圍的分子，即體系往環(huán)境釋放能量，本身返回低能態(tài)。本身返回低能態(tài)。 本次實(shí)驗(yàn)采用縱向馳豫方式本次實(shí)驗(yàn)采用縱向馳豫方式H1核磁共振實(shí)驗(yàn)裝置NSSampleBoB1邊限振蕩器邊限振蕩器示波器示波器Magnet頻率發(fā)生器頻率發(fā)生器掃描電源掃描電源觀察共振現(xiàn)象的方法 掃場法掃場法: : 改變改變 o o 掃頻法掃頻法: : 改變改變 00B共振條件共振條件：待 測 樣 品H)(HF3F)(HF3FeCl2CuSO111934、4、丙三醇4MnSO6、5、 純水?dāng)?shù)據(jù)處理及分析1 1、磁場的精確測量、磁場的精確測量fB2002BfNgNg21頻率頻率f是六個(gè)樣品中氫核共振頻率的平均值。是六個(gè)樣品中氫核共振頻率的平均值。2 2、