核磁共振实验报告

物理072 陈焕 07180217

摘要：介绍了什么是核磁共振，核磁共振的原理，核磁共振的实验设备，还有测量在不同溶液里的g因子的实验方法。

关键字：核磁共振 原理 实验方案

引言：

Pauli在1924年研究某些元素光谱的精细结构时首先提出了核磁矩与核自旋的概念,由于光学仪器分辨本领的限制,妨碍了对核磁矩的精确测量。1939年首创于Otto  Stern（由于分子束和质子磁距获1943年诺贝尔物理学奖）经Isidor Issac Rabi（由于发现原子束内的核磁共振获1944年诺贝尔物理学奖）改进的分子束试验,提出了更为精确的测量核磁矩的方法。近代核磁共振技术在1946年由美国Harvard大学的Edward Mills Purcell与Stanford大学的Felix Bloch同时独立设计，两人因此共获1952年的诺贝尔物理学奖。这些技术所需设备和试验方法都较简单，但却提高了核磁矩的测量精度。在核物理方面，通过对各种核矩大小的测量，提供了有关核结构的许多信息。

核磁共振的原理：

1、  什么是核磁共振？

核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象。只要质子数和中子数两者或其一为奇数时，这种物质的核有非零的核磁矩，正是这种磁性核能产生核磁共振。

2、  基本原理

自旋不为零的粒子,如电子和质子,具有自旋磁矩。如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为:

    （1）

其中：γ为粒子的旋磁比，为约化普朗可常数，B0为稳恒外磁场。

如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向给粒子加上一个高频电磁场，该电磁场的频率为ν，能量为:

        （2）

当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差ΔE时即：

   （3）

低能极上的粒子就要吸收高频电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。

实验设备：

a.           样品：

b.           永磁铁：提供稳恒外磁场。

c.           边限振荡器：产生射频场,提供一个垂直与稳恒外磁场的高频电磁场，频率。同时也将探测到的共振电信号放大后输出到示波器，边限振荡器的频率由频率计读出。

d.           绕在永磁铁外的磁感应线圈：其提供一个叠加在永磁铁上的扫场。

e.           调压变压器：为磁感应线圈提供50周的扫场电压。

f.            频率计：读取射频场的频率。

g.    示波器：观察共振信号。

实验方法：

1、  连接线路

2、  将样品放入振荡线圈，调节样品在磁场中位于最佳位置，在附近，调节共振频率，并调节边限电流于20左右，扫场电压3V左右，直至示波器中观察到共振峰，记录数据。

3、  调节样品在磁场中的位置，重复第四步，测H核共振频率。

4、  计算.。

数据处理：

根据公式，=45654Gs=0.45654T

实验总结：

在不同的样品中，H核的共振频率有所不同。在进行核磁共振实验时，应该先调节频率时示波器出现波峰，再调节样品在磁场中的位置以及频率，使波波峰等间距，清晰。从实验数据上来看，测得g因子与理论值接近。

第二篇：实验报告之核磁共振二

近代物理实验报告（三）

            ————核磁共振二微波电子自旋共振

实验小组：    

                                                      

实验班级:

指导老

                   日期：20##-11-20

一、实验目的：

1)     通过本实验掌握核磁共振技术在微波电子自旋共振的应用；

2)     熟练掌握实验所用仪器设备并了解各部分仪器的原理；

3)     观察电子自旋共振（ESR）现象，学习用微波频段检测ESR信号的方法；

二、实验原理：

物质是由原子和原子核组成，原子核外分布着大量电子，核磁共振技术正是研究电子的磁场和电场之间产生的共振。

该实验的核心是研究微波顺磁共振，它的目的是通过电子的自转研究电子能级之间的关系。所涉及的具体实验原理见下图：

如上图所示，微波源通过管道输入到装置中，经过微波源频率调节器产生可调适量微波，通过隔离器后使微波仅能正向通过。由于实验所需微波功率不太大，所以本实验通过可变衰减器来调节输入装置中微波的功率。

如右图所示，是一个球形共振腔，它的作用是使会话装置中的微波产生共振，进而误差微波的功率，还可以通过共振来测出微波的频率。

测出频率后，通过岔路器将处理后的微波分为两路，一路经过样品，另一路向反方向移动后，在分路点汇合，两波在此地产生驻波，当产生驻波时，我们会观察到示波器上有明显的波腹和波节出现。我们所要的就是产生波节的位置。此时，样品在电磁体磁场的作用下，能级发生分裂，经过探测仪器探测两能级之间的能量差（由电子自转产生）此时便观察到微波顺磁共振现象。

三、光电检测技术在本实验的应用：

1)     通过两个频率相近的波产生的共振现象，由示波器测量它们的频率;

2)     通过对样品所加强大的磁场，使样品中电子能级分裂，通过仪器检测能级差。

四、实验过程、现象、数据：

NO.1实验过程：

a)     打开微波产生器，先预热30分钟，产生足量微波；

b)     通过查表，观察微波调节器各刻度所对应的微波值，调节该装置使产生适当微波功率；

c)     通过ESR仪器上的扫场检波的数值来调节微波的功率，并由示波器测得微波产生共振时的频率，并作好记录。

d)     调节分路口向内一侧的微波所传播的距离，使分路口上两路微波在中心处尽可能产生驻波，可在示波器上观察所产生驻波的波节位置的数值大小。

NO、2实验现象及数据：

无实验现象

五、分析实验操作、现象、数据以及自己的结论：

No1、对实验操作的分析：

这个实验由于实验时间比较短，加上仪器比较难调，所以我们没有做出理想的实验现象，但是我们对于整个实验的基本操作有所了解。对于实验原理我们略懂。简单分析如下：

第一：该实验装置的目的产生微波核磁顺磁共振现象；

第二：由球形共振腔使微波产生共振现象，进而间接测出微波频率后调节分路器所产生在两路微波的强度。两路微波在中心汇合后，如果调节适当会产生驻波现象，此时，当其中一路微波与样品接触后会发生共振现象，发生共振后在磁场的作用下，使得样品发生能级分裂，进而通过ESR器测出两能级间的能级差。

No2、对实验现象的分析：由于我没有做出实验现象所以无分析

No3、对实验数据的分析：由于我没有做出实验数据所以无分析

No4、我的结论：

通过本实验，虽然我没有得到任何实验现象和数据，但是我对于实验的基本操作和基本思想有了一定的了解。比如通过两个频率相近的波产生的共振现象，使得间接测量出微波的频率，再比如通过对样品所加强大的磁场，使样品中电子能级分裂，通过仪器检测能级差，再比如两微波在汇聚点产生驻波，间接测出能级差。