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2.顺磁共振实验79-84

2.顺磁共振实验79-84
2.顺磁共振实验79-84

实验9 顺磁共振实验

电子自旋的概念首先由Pauli 于1924年提出。1925年S.A.Goudsmit 与G.Uhlenbeek 利用这个概念解释某些光谱的精细结构。近代观测核自旋共振技术,由Stanford 大学的Bloch 与Harvrd 大学的Pound 同时于1946年独立设计制作,遂后用它去观察电子自旋。

【实验目的】

观察电子自旋共振现象,测量DPPH 中电子的g 因数及共振线宽。

【实验原理】

一.电子的轨道磁矩与自旋磁矩

由原子物理可知,对于原子中电子的轨道运动,与它相应的轨道磁矩l μ为

2l l e

e p m μ=- (9-1) 式中l P 为电子轨道运动的角动量,e 为电子电荷,e m 为电子质量,负号表示由于电子带负电,其轨道磁矩方向与轨道角动量的方向相反,其数值大小分别为

l p =,

l μ= 原子中电子除轨道运动外还存在自旋运动。根据狄拉克提出的电子的相对论性波动方程——狄拉克方程,电子自旋运动的量子数12S /=,自旋运动角动量S P 与自旋磁矩S μ之

s s e

e p m μ=-

(9-2) 其数值大小分别为

s p = ,

s μ= 比较式(9-2)和(9-1)可知,自旋运动电子磁矩与角动量之间的比值是轨道运动磁矩与角动量之间的比值的二倍。

原子中电子的轨道磁矩与自旋磁矩合成原子的总磁矩。对于单电子的原子,总磁矩J μ与角动量j P 之间有

2j e

e j g p m μ=- (9-3) 其中

(1)(1)(1)12(1)

j j l l s s g j j +-+++=++ (9-4) g 称为朗德因数。由式(9-4)可知,对于单纯轨道运动g 因数等于1;对于单纯自旋运动g 因数等于2。引入回磁比γ,即

j j p μγ= (9-5)

其中

e

m e g 2?-=γ (9-6) 在外磁场中,j P 和j μ的空间取向都是量子化的。j P 在外磁场方向上的投影为

z p mh = , ,1,......,m j j j =--

相应的磁矩j μ在外磁场方向上的投影为

z mh μγ= ,2z B e

e mg mg m μμ=-=- (9-7) e B m eh 2/=μ称为玻尔磁子,电子的磁矩通常都用玻尔磁子B μ作单位来量度。

二.电子顺磁(自旋)共振

既然总磁矩j μ的空间取向是量子化的,磁矩与外磁场B 的相互作用能也是不连续的。其相应的能量为

j B E B mhB mg B μγμ=-?=-=- (9-8)

不同磁量子数m 所对应的状态上的电子具有不同的能量。各磁能级是等距分裂的,两相邻磁能级之间的能量差为

E hB γ?= (9-9)

当垂直于恒定磁场B 的平面上同时存在一个交变的电磁场1B ,且其角频率ω满足条件:

h E hB ωγ=?=

B ωγ= (9-10)

时,电子在相邻的磁能级之间将发生磁偶极共振跃迁。从上述分析可知,这种共振跃迁现象只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中,称为电子顺磁共振。

三.电子顺磁共振研究的对象

对于许多原子来说,其基态0J ≠,有固有磁矩,能观察到顺磁共振现象。但是当原子结合成分子和固体时,却很难找到0J ≠的电子状态,这是因为具有惰性气体结构的离子晶体以

及靠电子配对偶合而成的共价键晶体都形成饱和的满壳层电子结构而没有固有磁矩。另外在分子和固体中,电子轨道运动的角动量通常是猝灭的,即作一级近似时l P为0。这是因为受到原子外部电荷的作用,使电子轨道平面发生进动,1的平均值为0,所以分子和固体中的磁矩主要是由旋磁矩的贡献。故电子顺磁共振又称电子自旋共振。根据Pauli原理,一个电子轨道至多只能容纳两个自旋相反的电子,所以如果所有的电子都已成对地填满了电子,他们的自旋磁矩完全抵消,这时没有固有的磁矩,电子轨道至多只能容纳两个自旋相反的电子,所以如果所有的电子轨道都已成对地填满了电子,它们的自旋磁矩完全抵消,这时没有固有磁矩,我们通常所见的化合物大多属于这种情形。电子自旋共振不能研究上述逆磁性的化合物,它只能研究具有未成对的电子的特殊化合物,如化学上的自由基(即分子中具有一个未成对的电子的化合物)、过渡金属离子和稀土元素离子及它们的化合物、同体中的杂质和缺陷等。

实际的顺磁物质中,由于四周晶体场的影响、电子自旋与轨道运动之间的耦合、电子自旋与核磁矩之间的相互作用使得g因数的数值有一个大的变化范围,并使电子自旋共振的图谱出现复杂的结构。对于自由电子,它只具有自旋角动量而没有轨道角动量,或者说它的轨道完全猝灭了,自由电子的g值为2.0023。本试验用的顺磁物质为DPPH(二笨基-苦基肼基)。其分子

式为(C

6H

5

2

N-NC

6

H

2

(NO

2

)

3

,结构式为

它的一个氮原子上有一个未成对的电子,构成

有机自由基。实验表明,化学上的自由基其g致使

分接近自由电子的g值。

四.电子自旋共振与核磁共振的比较

电子自旋共振的基本规律与核磁共振的基本相同。有关内容请参看核磁共振实验的原理。

由于电子磁矩比核磁矩要大三个数量级(核磁子是波尔磁子的1/1848)。在同样磁场强度下,电子塞曼能级之间的间距比之核塞曼能级之间的间距要大得多,根据玻耳兹曼分布律,上、下能级间粒子数的差额也大得多,所以电子自旋共振的信号比之核磁共振的信号要大得多。当磁感应强度为011T

.~时,核磁共振发生在射频范围,电子自旋共振则发生在微波频率范围。对于电子自旋共振,即使在较弱的磁场下(lmT左右);在射频范围也能观察到电子自旋共振现象。本实验就是在弱场下,用很简单的实验装置观察电子自旋共振现象。

由于电子磁矩比之核磁矩要大得多,自旋一晶格和自旋一自旋耦合所造成的弛豫作用较之核磁共振中也大得多,所以一般谱线较宽。另外由于电子磁矩较大,相当于样品中存在许多小磁体,每个小磁体除了处在外磁场B之中还处于由其他小磁体所形成的局部磁场B'中。不同自旋粒子的排列不同,所处的局部场B'也不同,即B'有一个分布,它的作用也会增大共振线宽。在固体样品中这种情况更为突出。为了加大驰像时间,减小线宽,提高谱仪的分辨本领,可以

降低样品温度,加大样品中顺磁离子之间的距离。对于晶体样品可用同晶形的逆磁材料去稀释顺磁性离子。

【实验装置】

实验装置如图9-l 。它由螺线管磁场及其电源、数字万用表、扫场线圈及其电源、探头(包括样品)、边限振荡器、数字频率计、示波器等构成。稳压电源提供螺线管所需电流,其大小有数字万用表测量。螺线管磁场位于铅垂方向,样品置于螺线管磁场轴线的中点位置上,螺线管磁场B 的计算公式如下(见图9-2)

712210()B nI COS COS πθ-=??- (特斯拉) (9-11)

图9-1 电子自旋实验装置 图9-2 螺线管轴线处磁场的计算

式中n 的单位:匝/m 的单位:A 。边限振荡器同核磁共振实验。边限振荡器、旋转磁场1B 的产生、扫场信号的作用请参看核磁共振实验的有关部分。边限振荡器的线圈(样品置于其中)其轴线方向应与螺线管的轴线垂直,使射频磁场1B 的方向与螺线管磁场0B 垂直。边限振荡器的振荡振幅非常微弱,共振时,样品吸收射频场能量,过限振荡器的振幅将减小。该信号检波后输入示波器的Y 轴。在螺线管磁场上还叠加上一个调场线圈,由市电经变压器提供50Hz 扫场信号。

图9-3 电子自旋共振信号 图9-4 扫场部分的移相电路

当扫场信号扫过共振区时,将在示波器上观察到图9-3所示的共振吸收信号,图中v 为边限振荡器检波输出信号。频率计用以测量边限振荡器的频率0f 用示波器观察电子自旋共振信号

时,X 轴扫描信号可以用示波器的内扫描,也可以用扫场信号。为了使输入示波器X 轴端的信号与扫场线圈中的电流(即扫场磁场)同位相,在扫场线圈的电源部分安置了一个相移器(图9-4)

调节电阻R 的大小,使输入示波器X 轴的信号与扫场磁场的变化同相位。(请考虑这时示波器观察到的共振吸收图形有什么特点。)

【实验内容】

一.测定DPPH 中电子的g 因数

1. 测定边限振荡器的频率0f 根据公式(9-10),共振时有

002f B γπ

= 对于自由电子,/228/GHz T γπ≈。根据式(9-11)估计螺线管的电流要多大才能出现共振。

2.加上扫场信号,(为什么?)用示波器内扫描观察共振信号。

(1)改变螺线管磁场B 的大小,解释尔波器上观察到的共振图形所发生的变化。

(2)存在扫场信号时,如何测定共振频率0f 所对应的螺线管磁场0B 的大小?

(3)改变螺线管供电电流的极性,解释出现的现象。

【提示】地磁场的垂直分量在起作用,可设法消除地磁场垂直分量⊥地B 的影响。设改变螺

线管供电电流极性,两次测得的共振磁场分别为1B 和B 。(取与⊥地B 同方向为正值),若地磁场

的水平分量 B '地=0,则有

012f B B γπ

⊥=+地 ,022f B B γπ⊥=+地 所以 12022B B f γπ?+?=

??? 3.取扫场用的正弦电压(交流50周),做为示波器的扫描信号。调节RC 相移电路,使扫描信号与扫场磁场的变化同相位。(如何判断?)

(l )改变螺线管磁场B 的大小,解释示波器上观察到的共振图形的变化。

(2)如何测定共振频率0f 所对应的螺线管磁场0B 的大小?

(3)改变扫场信号大小,通过实验可以知道,减小扫场电流可以把B 0测得精确些。

注意观察扫场信号大小不同对数字万用表所测得的螺线管电流读数的影响,并解释其原因。

(4)与步骤2比较,哪种扫描方式测得的0B 误差更小些。

4.改变边限振荡器的频率,在其频率允许变化的范围内验证公式(9-10)。利用最小二乘法,直线拟合求g 因数。

5.选做:实验测得地磁场的水平分量H '地(南北向)约为0.033mT 左右。试估计它对测得g 因数大小的影响。

二.测定共振线宽,确定弛豫时间T 2

用扫场信号作示波器扫描信号,可得到如图9-5所示图形。测定吸收峰的半宽度ω?(或B ?),根据公式

210200222220112

2

102222220112

2200222220112

()1+()1+()[1+()]1+()z B M T M u T B T T B M T v T B T T T M M T B T T γωωωωγγωωγωωωωγ-=-+-=-+-=-+ 有 图9-5共振线宽的测定

2

112T ω?=, B ωγ?=? 测定弛豫时间z T 的大小。

【实验步骤】

1.按照实验讲义图示连接线路(示波器置于X —Y 方式);

2.打开微波信号源及磁共振实验仪的电源,预热20分钟;

3.将单螺调配器旋至“0”;

4.将样品腔终端活塞旋至最外端;

5.将磁共振实验系统置于“检波”状态;

6.将样品位置刻度尺置于90mm 处;

7.调节可变衰减器使微安表头有示数(满偏的2/3);

8.使用波长表寻找电流跌落点(测定微波信号的频率),具体办法:旋转波长表的测微头,找到电表示值的跌落点,读出测微头示数,之后查“3CM 空腔波长表频率刻度对照表”,找到对应的频率示值,(谐振频率范围8.60—9.60GHz );

9.根据查到的频率值利用“频率—测微器刻度对照表”查出频率测微器的示数,并将频率测微器示数调至该值;

10.将单螺调配器、样品腔终端活塞旋回,相应微安表头示值减小;

11.将磁共振实验系统置于“扫场”状态;

12.将波长表旋开;

13.增加磁场电流,直至出现共振图像(一般磁场电流在1.7A —1.9A 之间),若共振图像不理想,可以适当调相、扫场旋钮、单螺调配器位置或频率测微器,直至得到理想图像。

核磁共振实验

核磁共振实验 发现的背景 所谓核磁共振,是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中由电磁波引起的共振跃迁现象。核磁共振的发现,跟核磁矩的研究紧密相关。 1911年,卢瑟福根据a 粒子散射实验提出核原子模型后,直到原子光谱的超精细结构发现以后,1924年泡利才正式提出,原子光谱的超精细结构是核自旋与外电子轨道运动相互作用的结果;原子核应具有自旋角动量和磁矩。 斯特恩创造了分子束方法,对核磁矩作过重要研究。1933年他和弗利胥(O.Frisch )、爱斯特曼(I.Estermann )等人用分子束实验装置测量氢分子中质子和氘核的磁矩。所得结果表明质子磁矩比狄拉克电子理论预言的大2.5倍而氘核磁矩则在0.5到1个核磁子之间。氘核是由质子和中子组成的,由此即可推测中子也有磁矩。这说明尽管中子整体不带电,其内部却有电荷分布和电流效应。这些实验事实,激励了其他人对核的电磁特性的探索。 拉比的分子束磁共振方法对斯特恩实验作了重大改进。改进的关键在于利用了共振现象。二十年代末,拉比访问欧洲时,就在斯特恩的实验室里工作了一年,研究原子磁矩的测量。1929年,他回到哥伦比亚大学开展原子束分子束的研究。后来他受到荷兰物理学家哥特(C.J.Gorter )的启发,并于1938年把哥特射频共振法应用于分子束技术,创立了分子束共振法。 拉比对分子束磁共振方法的研究和布洛赫对核磁共振的研究都是受到了斯特恩的启发。 分子束磁共振方法在1945-1946年间又取得了突破性的进展,这就是通过磁共振的精密测量,发现了核磁共振。 人物介绍 图11.1 布洛 赫 图11.2 珀塞尔 布洛赫 Felix Bloch 珀塞尔 Edward Purcell

微波段电子自旋共振实验报告

微波段电子自旋共振实验 电子自旋共振(ESR )谱仪是根据电子自旋磁矩在磁场中的运动与外部高频电磁场相互作用,对电磁波共振吸收的原理而设计的。因为电子本身运动受物质微观结构的影响,所以电子自旋共振成为观察物质结构及其运动状态的一种手段。又因为电子自旋共振谱仪具有极高的灵敏度,并且观测时对样品没有破坏作用,所以电子自旋共振谱仪被广泛应用于物理、化学、生物和医学生命领域。 一. 实验目的 1. 本实验的目的是在了解电子自旋共振原理的基础上,学习用微波频段检测电子自旋共振信号的方法。 2. 通过有机自由基DPPH 的g 值和EPR 谱线共振线宽并测出DPPH 的共振频率,算出共振磁场,与特斯拉计测量的磁场对比。 3. 了解、掌握微波仪器和器件的应用。 4. 学习利用锁相放大器进行小信号测量的方法。 二. 实验原理 具有未成对电子的物质置于静磁场B 中,由于电子的自旋磁矩与外部磁场相互作用,导致电子的基态发生塞曼能级分裂,当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量等于塞曼分裂所需要的能量,即满足共振条件B ?=γω,此时未成对电子发生能级跃迁。 Bloch 根据经典理论力学和部分量子力学的概念推导出Bloch 方程。Feynman 、Vernon 、Hellwarth 在推导二能级原子系统与电磁场作用时,从基本的薛定谔方程出发得到与Bloch 方程完全相同的结果,从而得出Bloch 方程适用于一切能级跃迁的理论,这种理论被称之为FVH 表象。 原子核具有磁矩: L ?=γμ; (1) γ称为回旋比,是一个参数;L 表示自旋的角动量; 原子核在磁场中受到力矩: B M ?=μ; (2)

电子顺磁共振实验

近代物理实验 实验名称:电子顺磁共振姓名:张超 学号: 3110831032 指导老师:解光勇

【实验目的】 1、在了解电子自旋共振原理的基础上,学习用微波频段检查电子自旋共振信号的方法。 2、观察共振信号波形,李萨如图形和色散图形。 3、测定DPPH 中电子的g 因子。 【实验内容】 1、将DPPH 样品插在示波器的小孔中; 2、打开电源,将示波器的输入通道打在直流(DC )档上; 3、调节检波器中的旋钮,使直流(DC )信号输出最大; 4、调节端路活塞,再使直流(DC )信号输出最小; 5、将示波器的输入通道打在交流(AC )档上,幅度为5mV 档; 6、这是在示波器就可以观察到共振信号,但此时的信号不一定为最强,可以在小范围内调节端路活塞与检波器,也可以调节样品在磁场中的位置(样品在磁场中心处为最佳状态),使信号达到一个最佳的状态; 7、信号调出以后,关机,将阻抗匹配器接在环型器中的(II )端与钮波导中间,开机,通过调节阻抗匹配器上的旋钮,就可以观察到吸收或色散波形; 8、由磁铁感应强度B ,微波频率f ,根据B γω=,计算出旋磁比γ,又因为e m e g 2?-=γ,所以有:B e f m g ??-=π4,计算出朗德g 因子值。

【实验仪器】 电子顺磁共振谱仪、示波器等。 实际实验时的实际仪器图如下图所示

电子顺磁共振谱仪有谐振腔、微波源、隔离器、环形器、晶体检波器、扭波导、短路活塞和阻抗调配器八部分组成。 【实验原理】 电子自旋共振(ESR)或电子顺磁共振(EPR),是指在稳恒磁场作用下,具有未成对电子的物质置于静磁场z B 中,由于电子自旋磁矩与外 部磁场相互作用导致电子的基态发生塞曼能级分裂:Z B B g E μ=?(B μ为波尔磁矩,g 为无量纲参数);当在垂直于静磁场方向上所加横向电磁波的量子能量ωn 等于E ?时,满足共振条件,此时未成对电子由下能级跃迁上能级。1944年,苏联物理学家扎沃伊斯基首次从2CuCl 、2MnCl 等顺磁性盐类发现。电子自旋共振(顺磁共振)研究主要对象 是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等,通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测(测量因子、

磁共振图像后处理算法设计

地理与生物信息学院 2012/ 2013 学年第二学期 实验报告 课程名称:医学成像技术 实验名称:磁共振图像后处理算法设计 班级学号: B10090405 学生姓名: 陈洁 指导教师: 戴修斌 日期:2013 年 5 月

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2. 算法实现流程: 1) 读入图像函数:imread(),中值滤波函数:medfilt2(); 实验2:对图像进行灰度变换操作 1.操作步骤: 1) 原图像灰度范围[50 150]内的像素灰度值转成[10 250]范围; 2) 原图像灰度范围[50 150]内的像素灰度值转成[20 200]范围; 2.算法实现流程: 源代码: clear;clc; iptsetpref('ImshowBorder','tight'); I = imread('C:\Documents and Settings\nupt\桌面\4.bmp'); J = imnoise(I,'gaussian',0.02,0.02); K = medfilt2(J,[5,5]); figure,imshow(I),title('原图'); figure,imshow(J),title('高斯噪声'); figure,imshow(K),title('中值滤波'); f (x , y ) a m b n g (x , y ) ?? ?? ???>≤≤+---<=b y x f n b y x f a m a y x f a b m n a y x f m y x g ),( ),( ]),([),( ),(

电子自旋共振实验报告

微波电子自旋共振 【摘要】本文通过电子自旋共振实验,解释恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场 的作用下会发生磁能级间的共振跃迁现象。 一、引言 电子自旋的概念首先由Pauli于1924年提出。而电子自旋共振实验则是从1945年开始才发展起来的一项新技术。 电子自旋共振研究的对象是具有未偶电子的物质,如具有奇数个电子的原子、分子、内电子壳层未被充满的离子、受辐射作用产生的自由基及半导体、金属等。通过共振谱线的研究,可以获得有关分子、原子及离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息,从而得到有关物质结构和化学键的信息,故电子自旋共振是一种重要的近代物理实验技术,在物理、化学、生物、医学等领域有广泛用途。 “自旋”概念的明确提出:1925年,两位年轻的荷兰学生乌伦贝克和哥德斯密特,“为了解释反常塞曼效应”,受泡利不相容原理的启发,明确提出了电子具有自旋的概念,并证明了“自旋”就是泡利提出的“新自由度”。1926年,海森伯和约旦引进自旋S,用量子力学理论对反常塞曼效应作出了正确的计算。1927年,泡利引入了泡利矩阵作为自旋操作符号的基础,引发了保罗-狄拉克发现描述相对论电子的狄拉克方程式。 电子自旋共振(ESR,Electron Spin Resonance)是一种奇妙的实验现象,也被称为电子顺磁共振(EPR,Electron Paramagnetic Resonance)。它利用具有未偶电子的物质在外加恒定磁场作用下对电磁波的共振吸收特性,来探测物质中的未偶电子,研究其与周围环境的相互作用,从而获得有关物质微观结构的信息。电子自旋共振现象直到1944年才由苏联喀山大学的扎沃伊斯基(E.K.Зabouchuǔ)在实验中观察到。 二、实验原理 1、量子力学解释 μ的关系为: 电子具有自旋,其自旋角动量Pe和自旋磁矩e 图1 自旋能级在磁场中的取向 g为朗德因子,Bμ为玻耳磁子,其值为5.7883785×1O-11MevT-1。若电子处于外磁场 μ在空间的取向是量子化的,Pe在Z方向的B(沿Z方向)中,据量子力学可知Pe和e

顺磁共振实验报告

近代物理实验报告 顺磁共振实验 学院 班级 姓名 学号 时间 2014年5月10日

顺磁共振实验 实验报告 【摘要】 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中,因此被称为电子顺磁共振;因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR ”或“ESR ”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多,在同样的磁场下,电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象,本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 【关键词】 顺磁共振,自旋g 因子,检波 【引言】 顺磁共振(EPR )又称为电子自旋共振(ESR ),这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子自旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率,能深入物质内部进行超低含量分析,但并不破坏样品的结构,对化学反应无干扰等优点,对研究材料的各种反应过程中的结构和演变,以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象,测量有机自由基DPPH 的g 因子值,了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用,从矩形谐振长度的变化,进一步理解谐振腔的驻波。 【正文】 一、实验原理 (1)电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩 原子中的电子由于轨道运动,具有轨道磁矩,其数值为: 2l l e e P m μ=- ,负号表示方向同l P 相反。在量子力学中(1)l P l l =+,因而 (1)(1)2l B e e l l l l m μμ=+=+,其中2B e e m μ=称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外

核磁共振成像实验报告

中国石油大学 近代物理实验 实验报告 成 绩: 班级: 姓名 同组者: 教师: 核磁共振实验 【实验目的】 1、理解核磁共振的基本原理; 2、理解磁体的中心频率和拉莫尔频率的关系,并掌握拉莫尔频率的测量方法; 3、掌握梯度回波序列成像原理及其成像过程; 4、掌握弛豫时间的计算方法,并反演 T1和T2谱。 【实验原理】 一.核磁共振现象 原子核具有磁矩,氢原子核在绕着自身轴旋转的同时,又沿主磁场方向B 0作圆周运动,将质子磁矩的这种运动称之为进动,如图1所示。 图1 质子磁矩的进动 在主磁场中,宏观磁矩像单个质子磁矩那样作旋进运动,磁矩进动的频率符合拉莫尔(Larmor )方程:. 0/2f B γπ= 二、施加射频脉冲后(氢)质子状态 当生物组织被置于一个大的静磁场中后,其生物组织内的氢质子顺主磁场方向的处于低能态而逆主磁场方向者为高能态。在低能态与高能态之间根据静磁场场强大小与当时的温度,势必要达到动态平衡,称为“热平衡”状态。这种热平衡状态中的氢质子,被施以频率与质子群的旋进频率一致的射频脉冲时,将破坏原来的热平衡状态。施加的射频脉冲越强,

持续时间越长,在射频脉冲停止时,M离开其平衡状态B0越远。 如用以B0为Z轴方向的直角座标系表示M,则宏观磁化矢量M平行于XY平面,而纵向磁化矢量Mz=0,横向磁化矢量Mxy最大,如图2所示。这时质子群几乎以同样的相位旋进。施加180°脉冲后,M与B0平行,但方向相反,横向磁化矢量Mxy为零,如图3所示。 图2 90°脉冲后横向磁化矢量达到最大 图3 180°脉冲后的横向磁化分量为0 三、射频脉冲停止后(氢)质子状态 脉冲停止后,宏观磁化矢量又自发地回复到平衡状态,这个过程称之为“核磁弛豫”。当90°脉冲停止后,M仍围绕B0轴旋转,M末端螺旋上升逐渐靠向B0,如图4所示。 图4 90度脉冲停止后宏观磁化矢量的变化 1. 纵向弛豫时间(T1) 90°脉冲停止后,纵向磁化矢量要逐渐恢复到平衡状态,测量时间距射频脉冲终止的时

核磁共振成像实验报告

核磁共振成像实验 【目的要求】 1.学习和了解核磁共振原理和核磁共振成像原理; 2.掌握MRIjx 核磁共振成像仪的结构、原理、调试和操作过程; 【仪器用具】 MRIjx 核磁共振成像仪、计算机、样品(油) 【原 理】 磁共振成像(MRI )是利用射频电磁波(脉冲序列)对置于静磁场B 0中的含有自旋不为零的原子核(1H )的物质进行激发,发生核磁共振,用感应线圈检测技术获得物质的组织驰豫信息和氢质子密度信息(采集共振信号),用梯度磁场进行空间定位、通过图像重建,形成磁共振图像的方法和技术。 具体的讲,核磁共振是利用核磁共振现象获取分子结构、样品内部结构信息的技术。当具有自旋的原子核的磁矩处于静止外磁场中时会产生进动和能级分裂。在交变磁场作用下,自旋的原子核会吸收特定频率的无线电射频电磁波,从较低的能级跃迁到较高能级。在停止射频脉冲后,原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来,被物体外的接受器收录,经电子计算机处理获得图像,这就是做核磁共振成像过程。 MRI 的特点: ● 具有较高的物质组织对比度和组织分辨力,对软组织分辨率极佳,能清晰地显示软组织、软骨结构,解剖结构和医学上的病变形态,显示清楚、逼真。 ● 多方位成像,能对被检查部位进行横断面、冠状面、矢状面以及任何斜面成像。 ● 多参数成像,获取T 1加权成像(T 1W1):T 2加权成像(T 2W2)、质子密度加权成像(PDW1),在影像上取得物质的组织之间、组织与变化之间T 1、T 2和PD 的信号对比,在医学上对显示解剖结构和病变敏感。 ● 能进行形态学、功能、组织化学和生物化学方面的研究。 ● 以射频脉冲作为成像的能量源,不使用电离辐射,对人体安全、无创。 一、核磁共振原理 产生核磁共振信号必须满足三个基本条件:(1)能够产生共振跃迁的原子核;(2)恒定的静磁场(外磁场、主磁场)B 0;(3)产生一定频率电磁波的交变磁场,射频磁场(RF );即:“核”:共振跃迁的原子核;“磁”:主磁场B 0和射频磁场RF ;“共振”:当射频磁场的频率与原子核进动的频率一致时原子核吸收能量,发生能级间的共振跃迁。 1. 原子核的自旋和磁矩 原子核由质子和中子组成,原子核有自旋运动,可以粗略的理解为原子核绕自身的轴向高速旋转的运动,对应有确定的自旋角动量,反映了原子核的内禀特性。自旋的大小与原子核中的核子数及其分布有关,质子数和中子数均为偶数的原子核,自旋量子数I=0,质量数为奇数的原子核,自旋量子数为半整数,质量数为偶数,质子数为奇数的原子核,自旋量子数为整数。原子核自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I 决定, )(1+=I I l I 。 原子核具有电荷分布,自旋时形成循环电流,产生磁场,形成磁矩,磁矩的方向与自旋角动量方向一致,大小I P γγμ==,P 是角动量,γ是磁旋比,等于

磁共振实验报告

近代物理实验题目磁共振技术 学院数理与信息工程学院 班级物理082班 学号08220204 姓名 同组实验者 指导教师

光磁共振实验报告 【摘要】本次实验在了解如光抽运原理,弛豫过程、塞曼分裂等基本知识点的基础上,合理进行操作,从而观察到光抽运信号,并顺利测量g因子。 【关键词】光磁共振光抽运效应塞曼能级分裂超精细结构 【引言】光磁共振实际上是使原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的一种双共振现象。这种方法是卡斯特勒在巴黎提出并实现的。由于这种方法最早实现了粒子数反转,成了发明激光器的先导,所以卡斯特勒被人们誉为“激光之父”。光磁共振方法现已发展成为研究原子物理的一种重要的实验方法。它大大地丰富了我们对原子能级精细结构和超精细结构、能级寿命、塞曼分裂和斯塔克分裂、原子磁矩和g因子、原子与原子间以及原子与其它物质间相互作用的了解。利用光磁共振原理可以制成测量微弱磁场的磁强计,也可以制成高稳定度的原子频标。 【正文】 一、基本知识 1、铷原子基态和最低激发态能级结构及塞曼分裂 本实验的研究对象为铷原子,天然铷有两种同位素;85Rb(占72.15%)和87Rb(占27.85%).选用天然铷作样品,既可避免使用昂贵的单一同位素,又可在一个样品上观察到两种原子的超精细结构塞曼子能级跃迁的磁共振信号.铷原子基态和最低激发态的能级结构如图1所示.在磁场中,铷原子的超精细结构能级产生塞曼分裂.标定这些分裂能级的磁量子数m F=F,F-1,…,-F,因而一个超精细能级分裂为2F+1个塞曼子能级. 设原子的总角动量所对应的原子总磁矩为μF,μF与外磁场B0相互作用的能量为 E=-μF·B0=g F m FμF B0(1) 这正是超精细塞曼子能级的能量.式中玻尔磁子μB=9.2741×10-24J·T-1 ,朗德因子g F= g J [F(F+1)+J(J+1)-I(I+1)] ? 2F(F+1)(2) 图1 其中g J= 1+[J(J+1)-L(L+1)+S(S+1)] ? 2J(J+1)(3) 上面两个式子是由量子理论导出的,把相应的量子数代入很容易求得具体数值.由式(1)可知,相邻塞曼子能级之间的能量差 ΔE=g FμB B0(4) 式中ΔE与B0成正比关系,在弱磁场B0=0,则塞曼子能级简并为超精细结构能级.

电子科技大学学院

电子科技大学生命科学与技术学院标准实验报告 (实验)课程名称《医学成像技术》 电子科技大学教务处制表

电子科技大学 实验报告 学生姓名:陈睿黾学号:2209101028指导教师:廖小丽 实验地点:人文楼418 实验时间:2006.6.2 一、实验室名称:医疗仪器实验室 二、实验项目名称:傅立叶变换核磁共振一维、二维成像 三、实验学时:4学时 四、实验原理: 利用样品的原子核在梯度磁场及高频电磁场的激励下产生的自发辐射信号的频率和相位因空间位置不同而不同来进行成像。 五、实验目的: 对磁共振成像整个过程进行了解,同时对每一个参数改动后对磁共振信号及图像影响的效果有直观的认识,了解一维、二维成像原理,进一步熟悉磁共振成像原理。 六、实验内容: 采用定标样品(三注油孔)对一维成像(空间频率编码)有所认识。对梯度场各参数对一维成像的影响进行观察。 了解瞬间梯度场,对二维成像(空间相位编码)有所认识。了解瞬间梯度场的梯度大小和瞬间梯度保持时间对二维成像图形的影响。 七、实验器材: GY-CTNMR-10KY核磁共振成像实验仪、计算机、注油三孔实验样品 八、实验步骤: 1.按实验要求连线。 2.开机预热。

3.将注油三孔样品放入样品池中,打开磁共振成像软件,设置共振频率:按下“参数设置”页面再按下“自动采集”出现采集的信号图及傅立叶变换的频谱图,调节“频率设置”中间的按钮,直至出现波形符合预期目标的图形。 4.调节匀场:分别调节电源上匀场调节电位器并同时调节软件中的XY 匀场至傅立叶频谱图中峰最尖锐最高信号最长,适当调节共振频率,使波形看上去尽量平滑。 5.设置Z 梯度场和一维成像:调偏Z 匀场调节使峰变宽变低,同时出现Z 轴线上投影的一维成像信号。调节Z 梯度和工作频率,使得信号频谱占半个屏幕同时在中间。 6.二维磁共振成像记录:按下“成像记录及操作”,然后按下“记录”等待2分钟,记录结束计算机会提示结束并且“采集”不再闪动。按下“二维傅立叶变换”这时你调节“行选择”可以看到每一列二次傅立叶变换的谱图。按下“成像彩色显示”即可得到所需的成像彩色密度图。 九、 实验数据及结果分析: 1.一维成像: 开机预热,磁铁温度在34.62℃,匀场电流为19.4mA 。 放入注油三孔样品,打开核磁共振成像软件,调节共振频率及相关参数,通过观察,发现在第一脉冲宽度为12S μ、第二脉冲宽度为24S μ、脉冲间隔为15mS 、XY 匀场电流分别为38mA 、5mA 、共振频率在18.7402MHz 附近时波形较好、噪声较小。 观察自由衰减信号及其频谱,逐渐加大梯度场观察到信号及频谱的变化,在无梯度场时无法区分任何空间信息,如图(1)。

铁磁共振实验报告

一、实验背景 早在1935年,著名苏联物理学家兰道(Lev Davydovich Landau 1908—1968)等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性.经过十几年,在超高频技术发展起来后,才观察到铁磁共振吸收现象,后来波耳得(Polder )和侯根(Hogan )在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上,发明了铁氧体的微波线性器件,使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段.自20世纪40年代发展起来后,铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样,成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段. 微波铁磁共振现象是指铁磁介质处在频率为?0的微波电磁场中,当改变外加恒定磁场H 的大小时,发生的共振吸收现象.通过铁磁共振实验,我们可以测量微波铁氧体的共振线宽、张量磁化率、饱和磁化强度、居里点等重要参数.该项技术在微波铁氧体器件的制造、设计等方面有着重要的应用价值. 二、实验目的 1.了解微波谐振腔的工作原理,学习微波装置调整技术. 2.掌握铁磁共振的基本原理,观察铁磁共振现象. 3.测量微波铁氧体的共振磁场B ,计算g 因子. 三、实验原理 1.磁共振 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: 02B h E πγ=? (1) (其中,γ为旋磁比,h 为普朗克常数,0B 为稳恒外磁场). 又有e m e g 2=γ,故0022B g B h m e g E B e μπ =?=?.(其中,g 即为要求的朗德g 因子,其值约为2.πμe B m eh 4=为玻尔磁子, 其值为1241074.29--??T J ) 若此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场,该电磁场的能量为

医学实验报告模板

泸州医学院 本科学生设计性实验报告 专业年级班级 组长姓名 小组成员 课程名称 时间 实验设计方案: 篇二:标准实验报告格式(医学成像技术) 电子科技大学生命科学与技术学院 标准实验报告 (实验)课程名称《医学成像技术》 电子科技大学教务处制表 电子科技大学 实验报告 学生姓名:陈睿黾学号: 2209101028 指导教师:廖小丽实验地点:人文楼 418 实验时间:2006.6.2 一、实验室名称:医疗仪器实验室 二、实验项目名称:傅立叶变换核磁共振一维、二维成像 三、实验学时:4学时 四、实验原理: 利用样品的原子核在梯度磁场及高频电磁场的激励下产生的自发辐射信号的频率和相位 因空间位置不同而不同来进行成像。 五、实验目的: 对磁共振成像整个过程进行了解,同时对每一个参数改动后对磁共振信号及图像影响的 效果有直观的认识,了解一维、二维成像原理,进一步熟悉磁共振成像原理。 六、实验内容: 采用定标样品(三注油孔)对一维成像(空间频率编码)有所认识。对梯度场各参数对 一维成像的影响进行观察。 了解瞬间梯度场,对二维成像(空间相位编码)有所认识。了解瞬间梯度场的梯度大小 和瞬间梯度保持时间对二维成像图形的影响。 七、实验器材: gy-ctnmr-10ky核磁共振成像实验仪、计算机、注油三孔实验样品 八、实验步骤: 1.按实验要求连线。 2.开机预热。 3.将注油三孔样品放入样品池中,打开磁共振成像软件,设置共振频率:按下“参数设 置”页面再按下“自动采集”出现采集的信号图及傅立叶变换 的频谱图,调节“频率设置”中间的按钮,直至出现波形符合预期目标的图形。 4.调节匀场:分别调节电源上匀场调节电位器并同时调节软件中的xy匀场至傅立叶频 谱图中峰最尖锐最高信号最长,适当调节共振频率,使波形看上去尽量平滑。 5.设置z梯度场和一维成像:调偏z匀场调节使峰变宽变低,同时出现z轴线上投影的 一维成像信号。调节z梯度和工作频率,使得信号频谱占半个屏幕同时在中间。 6.二维磁共振成像记录:按下“成像记录及操作”,然后按下“记录”等待2分钟,记

顺磁共振实验报告

近代物理实验报告顺磁共振实验 学院 班级 姓名 学号 时间2014 年 5 月10 H

顺磁共振实验实验报告 【摘要】 电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的周有磁矩不为零的顺磁材料中,因此被称为电子顺磁共振;因为分子和周体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡獻所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR”或“ESR”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多,在同样的磁场下,电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象,本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。 【关键词】 顺磁共振,自旋兰闵子,检波 【引言】 顺磁共振(EPR)又称为电子肖旋共振(ESR),这是冈为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自'旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子肖旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率,能深入物质内部进行超低含量分析,但并不破坏样品的结构,对化学反应无干扰等优点,对研究材料的各种反应过程中的结构和演巫,以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象,测量有机自由基DPPH的g闵子值,了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用,从矩形谐振长度的变化,进一步理解谐振腔的驻波。

【正文】 一、实验原理 (1)电子的肖旋轨道磁矩与肖旋磁矩 原子中的电子由于轨道运动,具有轨道磁矩,其数值为:刀儿,负 号表示方向同E相反。在量子力学中E=』(/+1)方,因而均=屮Q+1)-^― = Jo + “B = 4r~ -九,其中2叫称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外 “、= y]s(S+\) —还具有自旋运动,因此还具有肖旋磁矩,其数值表示为:m 叫。 由于原子核的磁矩可以忽略不计,原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成原子 少 _ & 丄号&=] + 旳+Ta+i)+s(w) 的总磁矩:2他,其中弐是朗德闵子:2山+ 1) 。 在外磁场中原子磁矩要受到力的作用,其效果是磁矩绕磁场的方向作旋进,也e 就是巧绕着磁场方向作旋进,引入回磁比2叫,总磁矩可表示成H严泻。同 时原子角动量巧和原子总磁矩"丿取向是量子化的。勺在外磁场方向上的投影为: Pj =斤谄,m = jJ-\J-2,...-j o其中m称为磁量子数,相应磁矩在外磁场方向 上的投影为:“丿=ymh=-mg“B ; m = j,j-Xj-2、??.一j。 (2)电子顺磁共振

脉冲核磁共振实验

近代物理实验-核磁共振 实验目的: (1)了解核磁共振原理 (2)学习使用核磁共振测量软件 实验原理: 核具有自旋角动量p ,根据量子力学p 的取值为: p=?)1( I I (1) 式中?=h/2π,h 为普朗克常数,I 为自旋量子数,其取值为整数或半整数即0,1,2,…或 1/2,3/2,…。若原子质量数A 为奇数,则自旋量子数I 为半整数,如1H(1/2), 15N(1/2), 17O(5/2), 19F(1/2)等;如A 为偶数,原子序数Z 为奇数,I 取值为整数,如21H(1), 147N(1), 105B(3) 等;当A 、Z 均为偶数时I 则为零,如126C, 168O 等。 核自旋角动量p 在空间任意方向的分量(如z 方向)的取值为: p z = m ? (2) m 的取值范围为-I…I,即-I ,-(I-1),…,(I-1),I 。 原子核的自旋运动必然产生一微观磁场,因此称原子核具有自旋磁矩μ,它与自旋角动量p 的关系为: μ = γ p (3) γ称为旋磁比,γ与原子核本身性能有关,它的数值可正可负。 与自旋角动量一样,自旋磁矩在外加磁场方向的分量值也是量子化的 μz = γ ? m (4) 与p 一样的取值范围一样,m 的取值范围也是 -I…I。对质子1H ,I=1/2, m 的取值为-1/2 和1/2。 核磁矩在外磁场B 0中将获得附加能量 E m =-μz B 0=-γ ? mB 0 (5) 以质子为例,其m 的值为1/2与-1/2,从而在外磁场作用下核能级分裂成两个能级,其能级差ΔE 为 ΔE=γ ? B 0 (6) 如果此时在与B 0垂直方向再加上一个频率为ν的交变磁场B 1,此交变磁场的能量量子为h ν,则当h ν=ΔE 时就会引起核能态在两个分裂能级间的跃迁,即产生共振现象。此时

电子顺磁共振 实验报告范本(完整版)

报告编号:YT-FS-7477-82 电子顺磁共振实验报告 范本(完整版) After Completing The T ask According To The Original Plan, A Report Will Be Formed T o Reflect The Basic Situation Encountered, Reveal The Existing Problems And Put Forward Future Ideas. 互惠互利共同繁荣 Mutual Benefit And Common Prosperity

电子顺磁共振实验报告范本(完整 版) 备注:该报告书文本主要按照原定计划完成任务后形成报告,并反映遇到的基本情况、实际取得的成功和过程中取得的经验教训、揭露存在的问题以及提出今后设想。文档可根据实际情况进行修改和使用。 一、实验目的 1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法;; 2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用; 3. 测定DMPO-OH 的EPR 信号。 二、实验原理 1.电子顺磁共振(电子自旋共振) 电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR),是指在稳恒磁场作用下,含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。1944年,苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2 、MnCl2等顺磁性盐类发现。

电子自旋共振(顺磁共振)研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等,通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测(测量因子、线宽、弛豫时间、超精细结构参数等),可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息,因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质,因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。近年来,一种新的高时间分辨ESR技术,被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质(光解自由基)的电子自旋极化机制,以获得分子激发态和自由基反应动力学信息,成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。电子自旋共振技术的这种独特作用,已经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。 2.EPR基本原理 EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针,从电子自旋

核磁共振实验报告

核 磁 共 振 实验仪器 FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪,包括永久磁铁、射频边限振荡器、探头、样品、频率计、示波器 实验原理 FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪采用永磁铁,0B 是定值,所以对不同的样品,通过扫频法调节射频场的频率使之达到共振频率0ν,满足共振条件,核即从低能态跃迁至高能态,同时吸收射频场的能量,使得线圈的Q 值降低产生共振信号。 由于示波器只能观察交变信号,所以必须使核磁共振信号交替出现,FD-CNMR-I 型核磁共振实验仪采用扫场法满足这一要求。在稳恒磁场0B 上叠加一个低频调制磁场 )sin(t B m ?'ω,这个调制磁场实际是由一对亥姆霍兹线圈产生,此时样品所在区域的实际 磁场为)sin(0t B B m ?'+ω。 图1 扫场法检测共振吸收信号 (a) 由于调制场的幅值m B 很小,总磁场的方向保持不变,只是磁场的幅值按调制频率发生周期性变化,拉摩尔进动频率ω也相应地发生周期性变化,即 ))sin((0t B B m ?'+?=ωγω (1) 这时只要射频场的角频率调在ω变化范围之内,同时调制磁场扫过共振区域,即 m m B B B B B +≤≤-000,则共振条件在调制场的一个周期内被满足两次,所以在示波器 上观察到如图(b )所示的共振吸收信号。此时若调节射频场的频率,则吸收曲线上的吸收

峰将左右移动。当这些吸收峰间距相等时,如图(a )所示,则说明在这个频率下的共振磁场为0B 。 如果扫场速度很快,也就是通过共振点的时间比弛豫时间小得多,这时共振吸收信号的形状会发生很大的变化。在通过共振点后,会出现衰减振荡,这个衰减的振荡称为“尾波”,尾波越大,说明磁场越均匀。 实验步骤 (一) 熟悉各仪器的性能并用相关线连接 实验中,FD-CNMR-I 型核磁共振仪主要应用五部分:磁铁、磁场扫描电源、边限振荡器(其上装有探头,探头内装样品)、频率计和示波器。仪器连线 (1) 首先将探头旋进边限振荡器后面板指定位置,并将测量样品插入探头内; (2) 将磁场扫描电源上“扫描输出”的两个输出端接磁铁面板中的一组接线柱(磁铁面板上共有四组,是等同的,实验中可以任选一组),并将磁场扫描电源机箱后面板上的接头与边限振荡器后面板上的接头用相关线连接; (3) 将边限振荡器的“共振信号输出”用Q9线接示波器“CH1通道”或者“CH2通道”,“频率输出”用Q9线接频率计的A 通道(频率计的通道选择:A 通道,即MHz Hz 1001--;FUNCTION 选择:FA ;GATE TIME 选择:1S ); (4) 移动边限振荡器将探头连同样品放入磁场中,并调节边限振荡器机箱底部四个调节螺丝,使探头放置的位置保证使内部线圈产生的射频磁场方向与稳恒磁场方向垂直; (5) 打开磁场扫描电源、边线振荡器、频率计和示波器的电源,准备后面的仪器调试。 (二) 核磁共振信号的调节 FD-CNMR-I 型核磁共振仪配备了六种样品:1——硫酸铜、2——三氯化铁、3——氟碳、4——丙三醇、5——纯水、6——硫酸锰。 (1)将磁场扫描电源的“扫描输出”旋钮顺时针调节至接近最大(旋至最大后,再往回旋半圈,因为最大时电位器电阻为零,输出短路,因而对仪器有一定的损伤),这样可以加大捕捉信号的范围;

关于微波电子顺磁共振实验报告

关于微波电子顺磁共振实验报告 篇一:电子顺磁共振实验报告 一、实验目的 1. 学习电子顺磁共振的基本原理和实验方法;; 2. 了解、掌握电子顺磁共振谱仪的调节与使用; 3. 测定DMPO-OH 的EPR 信号。 二、实验原理 1.电子顺磁共振 电子自旋共振(Electron Spin Resonance, ESR)或电子顺磁共振(Electron Paramagnanetic Resonance,EPR),是指在稳恒磁场作用下,含有未成对电子的原子、离子或分子的顺磁性物质,对微波发生的共振吸收。1944年,苏联物理学家扎沃伊斯基(Zavoisky)首次从CuCl2 、MnCl2等顺磁性盐类发现。电子自旋共振研究主要对象是化学自由基、过渡金属离子和稀土离子及其化合物、固体中的杂质缺陷等,通过对这类顺磁物质电子自旋共振波谱的观测,可了解这些物质中未成对电子状态及所处环境的信息,因而它是探索物质微观结构和运动状态的重要工具。由于这种方法不改变或破坏被研究对象本身的性质,因而对寿命短、化学活性高又很不稳定的自由基或三重态分子显得特别有用。近年来,一种新的高时间分辨ESR技术,被用来研究激光光解所产生的瞬态顺磁物质的电子自旋极化机制,以获得分子激发态和自由基反应动力学信息,成为光物理与光化学研究中了解光与分子相互作的一种重要手段。电子自旋共振技术的这种独特作用,已

经在物理学、化学、生物学、医学、考古等领域得到了广泛的应用。 2.EPR基本原理 EPR 是把电子的自旋磁矩作为探针,从电子自旋磁矩与物质中其它部分的相互作用导致EPR 谱的变化来研究物质结构的,所以只有具有电子自旋未完全配对,电子壳层只被部分填充的物质,才适合作EPR 的研究。不成对电子有自旋运动,自旋运动产生自旋磁矩, 外加磁场后,自旋磁矩将平行或反平行磁场方向排列。经典电磁学可知,将磁矩为μ的小磁体放在外磁场H 中,它们的相互作用能为: E=-μ· H = -μH cosθ 这里θ为μ与H 之间的夹角,当θ= 0 时,E = -μH, 能量最低,体系最稳定。θ=π时,E=μH,能量最高。如果体系从低能量状态改变到高能量状态,需要外界提供能量;反之,如果体系由高能量状态改变为低能量状态,体系则向外释放能量。 根据量子力学,电子的自旋运动和相应的磁矩为: μs=-gβS 其中S 是自旋算符,它在磁场方向的投影记为MS, MS 称为磁量子数,对自由电子的MS 只可能取两个值,MS=±1/2, 因此,自由电子在磁场中有两个不同的能量状态,相应的能量是: E±=±(1/2)geβH 记为: Eα= +(1/2)geβH Eβ= -(1/2)geβH 式中Eα代表自旋磁矩反平行外磁场方向排列,能量最高;Eβ代

《医学影像学》教学大纲

蚌埠医学院 《医学影像学》课程教学大纲 课程编号: 课程名称:医学影像学 英文名称:Medical Imaging 课程类型:专业主干课程 总学时:68 理论课学时:34 实验学时:34 适用对象:临床医学本科、麻醉医学专业本科 课程简介:20世纪70-80年代后,医学影像学发展非常迅速,医学影像学设备不断更新,检查技术不断完善,相继出现了超声成像、X线计算机体层成像、磁共振成像和发射体层成像等多种成像技术。介入放射学技术的兴起,开创了医学影像学发展的新局面,形成了集影像诊断和介入治疗学为一体的诊治并存的新模式,促进了临床医学的发展。 一、课程性质、目的和任务 医学影像学是通过影像研究人体解剖结构、生理功能及病理变化进行诊断的一门临床学科;随着CT、MRI、DSA等新成像技术的应用,本学科的内容更趋丰富。通过对这门课程的教学,使学生在今后其它医学临床课程的学习、临床实习、研究工作中,对本专业有一个较完整的概念。 通过本课程的学习,使学生(1)了解各种成像技术的基本原理、方法和图像特点;了解普通X 线、超声、CT、MRI、DSA及介入放射学的价值和限度,以便正确应用;(2)熟悉各系统的正常影像学表现;熟悉各系统常见疾病的临床与病理;(3)掌握对图像的观察、分析与诊断方法;掌握各系统基本病变的影像学表现;掌握各系统常见疾病的影像学表现与鉴别诊断。 医学影像学与其他学科如解剖学、生理学、病理学、病理生理学等具有密切而有机的联系。因此,学生必须具备以上的基础知识。 本专业理论教学与临床示教片实验教学相结合,均在课堂完成。 二、教学基本要求 各系统或器官的影像诊断学内都分别介绍了X线、超声、CT及MRI的检查方法、影像的观察与分析、疾病的影像学表现和鉴别诊断等内容。选择了具有代表性的常见病、多发病典型影像学表现与诊断,目的是通过这些介绍让学生了解不同成像技术的诊断价值与限度,便于比较、优选和综合应用;熟悉对图像的观察、分析和综合诊断的思维方法,使学生能够在临床实践中正确掌握各系统常见疾病的影像学表现及鉴别诊断等方面的知识,同时能正确运用医学影像学的知识打下较为坚实的基础。 三、教学内容及要求(理论与实验相结合) 第一篇影像诊断学 第一章影像诊断学总论 第一节 X线成像 【掌握】1、X线的特性。 2、X线图像的特点。 3、医学影像学的定义。 2、X线检查方法的价值、限度及临床应用。 【熟悉】1、X线的产生及成像的基本原理。 2、DR、DSA的成像基本原理及临床应用。 【了解】1、医学影像学的发展简史、当前地位及前景。 2、X线检查中防护的重要意义。

电子自旋共振 实验报告

电子自旋共振 【实验原理】 1. 电子的轨道磁矩和自旋磁矩 电子的轨道磁矩为 2l l e e P m μ=- l P 为电子轨道运动的角动量,e 为电子电荷,e m 为电子质量。轨道角动量和轨道磁矩分别为 l l P μ== 电子的自旋磁矩 s s e e P m μ=- s P 为电子自旋运动的角动量,e 为电子电荷,e m 为电子质量。自旋角动量和自旋磁矩分别为 s s P μ== 由公式可以看出电子自旋运动的磁矩与动量之间的比值是轨道轨道磁矩与角动量之间比值的2倍。 对于单电子的原子,总磁矩 j μ与总角动量 j P 之间有 j j e e g P m μ=-

其中()()() () 111121j j l l s s g j j +-+++=++。对单纯轨道运动g 为1,对于单纯自旋运 动g 为2。 引入旋磁比γ,即有 j j e P e g m μγγ==- 在外磁场中 j P 和 j μ都是量子化的,因此 j P 在外磁场方向上投影为 ()(),1,,1,2π = =----z mh P m j j j j 相应的磁矩 j μ在外磁场方向上的投影为 ()(),1,,1,2γμπ = =----z mh m j j j j 由以上公式可得 4z B e mgeh mg m μμπ=- =- 4B e eh m μπ= 为玻尔磁子 2. 电子自旋共振(电子顺磁共振) 由于原子总磁矩 j μ的空间取向是量子化的,因此原子处在外磁场B 中时,磁矩 与外磁场的相互作用也是量子化的,为 2j B mhB E B mg B γμμπ=-=- =- 相邻磁能级之间的能量差为 2hB E γπ?= 当向能量差为 20hB E γπ?= 的原子发射能量为20 hB h γνπ= 光子时,原子将这个光子 跃迁到高磁能级,这是发生在原子中的共振吸收跃迁现象,磁能级分裂是由电子

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