核磁共振(NMR)

实验九 核磁共振（NMR） 实验目的 1、了解核磁共振基本原理和实验方法。 2、以含氢核的水作样品，观测影响核磁共振吸收信号大小及线宽的因素。 3、学会利用核磁共振测量磁场强度。 4、测量原子核的旋磁比 和朗德因子。 核磁共振（Neclear Magnetic resonance 简称 NMR ）现象是 1939 年发现的。到 1946年应用了射频技术，简化了实验设备，使 NMR实验走向实用阶段。近年来随着实验技术的发展，特别是计算机的应用，使 NMR 实验方法更加完善。因此它已成为物理、化学、生物、医学、材料科学等许多领域内进行研究的重要手段和方法。NMR 技术以快速，准确和不破坏样品等显著的优点，通过对原子核磁性质的研究，获得物质结构方面的丰富信息。在基本计量测试方面也是精确测量磁场标准方法之一，其精度可达 0.001%以上。因此 NMR 实验已成为国内外高等院校近代物理实验基本内容之一。 实验原理 一、NMR 现象的经典描述 原子核具有固有磁矩 uI，其值为 1 =ImeNpgp2 式中 gN 为原子核的朗德因子，pI为核的自旋角动量，mP 的质子的质量。当原子核处于稳恒磁场 B0 中，则它受到由磁场产生的力矩作用，其值为 L=MlB0。此力矩使原子核的角动量 Pl 发生变化，角动量的变化率就是力矩 0pBLdtdI (12-1) 由于力矩的方向垂直于B0 和 Pl，它不改变角动量的大小，而使角动量的方向不断改变，即使Pl 在图 12-1 所示的方向连续地旋进。 从图 12-1（a）上面向下看，Pl 的端点作半径为 Plsinaw 0 的圆周运动，如图12-1（b）所示。设其角速度为ω0 ，则线速度为 Plsinaw 0，由此可求出 Pl 的时间变化率=0sinIdtdppI  ，则根据（12-1）式有sinsin00BpII 000BBIIp (12-2) 式中 hNpNIg21 称为核的旋磁比，不同元素的核有不现的 gN 值，故其 值也不同，所以 也是一个反映核的固有性质的物理理，其值可由实验测定。 N 为核磁子，是核磁矩的单位，其值为pmheN4 （12-2）式就是拉莫尔（Larmor） 旋进公式， ω0 称为拉莫尔旋进角频率。由 公式可知，核矩在稳恒磁场的作用下，将绕 磁场方向作旋进，其旋进频率 ω0 决定于核 的旋磁比 和磁场 B0 的大小。 如果再在垂直于 B0 的平面内加一个角 频率相同的弱旋转磁场 B1，如图（１２－２） 所示。则磁矩 ul 除受 B0 的作用外，还受到 Ｂl 的影响。由于 B1 的 w...