研究生核磁实验(2015)

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 Purcell1905-1983瑞士裔美国人斯坦福大学理论和实验物理学家1952年诺贝尔物理学奖-因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现1912-1997美国麻省理工学院实验物理学家1952年诺贝尔物理学奖-因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现布洛赫1905年10月23日出生于瑞士的苏黎世，上完中学后，他本来想当一名工程师，于是就直接进入苏黎世的联邦工业大学。

核磁共振类实验实验报告一、实验目的本次核磁共振类实验的主要目的是通过对样品进行核磁共振（NMR）测试，了解核磁共振的基本原理和实验操作方法，获取样品的结构和化学环境等相关信息，并对所得数据进行分析和解释。

二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中，由射频电磁场引起磁能级跃迁而产生的共振现象。

在NMR实验中，常用的原子核有氢核（＾1H）、碳-13核（＾13C）等。

当样品置于恒定磁场中时，原子核会产生不同的能级。

射频电磁波的频率与原子核在磁场中的进动频率相等时，就会发生共振吸收，从而在仪器上检测到信号。

化学位移是NMR中的一个重要概念，它反映了原子核周围电子云密度的差异。

不同化学环境中的原子核，其共振频率会有所不同，表现为在谱图上的化学位移不同。

此外，耦合常数也是NMR谱图中的重要参数，它反映了相邻原子核之间的相互作用。

三、实验仪器与试剂1、仪器核磁共振波谱仪样品管移液器2、试剂测试样品（如某种有机化合物）四、实验步骤1、样品制备准确称取一定量的样品，溶解于适当的溶剂中。

将溶液转移至样品管中，确保样品管内无气泡。

2、仪器调试打开核磁共振波谱仪，设置仪器参数，如磁场强度、射频频率等。

进行匀场操作，使磁场均匀性达到最佳状态。

3、样品测试将样品管放入仪器中，启动测试程序。

等待仪器采集数据，获取NMR谱图。

4、数据处理对所得谱图进行基线校正、相位调整等处理。

标注化学位移和耦合常数等重要参数。

五、实验结果与分析1、氢谱（＾1H NMR）分析观察谱图中的峰形、峰位和峰强度。

根据化学位移值确定不同类型的氢原子。

分析耦合常数，判断相邻氢原子的关系。

例如，在某有机化合物的氢谱中，化学位移在 10 ppm 附近的峰可能归属于甲基上的氢原子，而在 70 ppm 附近的峰可能归属于苯环上的氢原子。

耦合常数的大小和模式可以提供关于氢原子之间连接方式的信息。

核磁共振实验报告小组成员：一．实验目的1.了解磁共振设备结构。

2.了解磁共振设备软件的使用。

3.分析比较不同物质的T1，T2值。

二．实验原理1.本实验所使用小型核磁设备磁场强度为0.5T。

2.该设备包括谱仪，射频柜，梯度柜和一个主机。

其中谱仪中有线圈，样品通过试管放在谱仪中进行检测。

梯度柜有三个旋钮调整磁场的均匀性。

3.核磁成像的原理是根据物质中的氢原子成像，自由水所表现出的特征是T1和T2均长，即含水量多的物质T1，T2均长。

三．实验步骤1.开启总电源，开主机。

2.待设备正常工作后，进入数据采集界面。

3.打开射频柜，将被测样品放入试管中，放入谱仪。

4.测量T2.(1)调整中心频率，由于刚开机，噪音大，所以需要过一段时间之后调整中心频率。

(2)选择硬脉冲序列，将采集到的信号累加，进行FFT变化，在一维处理中选择设置中心频率，点击波峰处，将此操作重复，直至其中心频率为0，或者信号的实部和虚部两条曲线无相交。

此步骤目的为将久为开机的设备从偏共振状态变为共振状态。

(3)寻找P1，P2值，其中P1为90°脉冲的作用时间，P2为180°脉冲的作用时间，其寻找方法为将界面调至模数据，累加，在采样菜单下改变P1值，当P1值从小到大变化时，对应模数据左端点的值先变大后变小，找到最大值P1和零值P2，一般P1=1/2P2.(4)选择硬脉冲CPMG序列，填入步骤5中所测得的P1，P2值，并且调整其他数值。

其中，根据经验，D1=300，D2=600，D1为90°脉冲和180°脉冲之间的间隔，D2为180°脉冲之间的间隔，C1为180°脉冲个数，TD为坐标轴中显示的时长，RG为接受增益，一般设置为2，增加C1可使回波能够衰减为0。

设置完这些参数后，累加，观察所示波形，若回波噪音过大或不能衰减为0，需重新设置步骤(4)中的参数，保存.fid文件，退出该数据采集软件。

核磁共振实验报告摘要：核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象。

本实验在了解核磁共振原理的基础上，利用扫频法观察氢核的核磁共振现象，并测定其g 因子。

同时比较掺入顺磁物质浓度不同的水样品，观察它们的吸收信号的差异。

观察甘油等样品的氢核共振吸收信号，及用HF 样品观测氟核的核磁共振信号，并测定其g 因子。

关键词：核磁共振 扫频法 g 因子 吸收信号引言：核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象，产生的内因是原子具有自旋角动量和磁矩。

泡利在1924年提出核自旋的假设，1930年为埃斯特曼在实验上得到证实，表明原子核具有电荷分布，还有自旋角动量和磁矩。

早期的核磁共振电磁波主要采用连续波，灵敏度较低，1966年发展起来的脉冲傅里叶变换核磁共振技术，将信号采集由频域变为时域，从而大大提高了检测灵敏度。

目前，核磁共振已经广泛地应用到许多学科领域，是物理、化学、生物、临床诊断、计量科学和石油分析与勘探等研究中的一项重要实验技术，是分析测量不可缺少的实验手段。

正文：一、实验原理： 1、共振吸收当核自旋系统处于直流磁场Bz 中时，由于核自旋系统和Bz 之间的相互作用，核能级发生塞曼能级分裂。

上下能极差：△E zB g N ⋅⋅=μ 式（1）若在垂直Bz 方向上加一个频率为v 的射频场B1，当射频的量子能量hv 与塞曼能级分裂△E 正好相等，满足△E v B g N h z =⋅⋅=μ 式（2）时，即发生能级间的核自旋粒子由E1到E2的受激跃迁。

如下图：氢核塞曼分裂图从射频场吸收能量而产生核磁共振吸引，即低能级核磁矩可吸收射频能量而跃迁到高能级，这就是共振吸收，式（2）为核磁共振条件。

由于Bz固定，通过调节射频频率v满足式（2）的共振条件，此时频率称为共振频率，此种方法称为扫频法。

2、弛豫过程共振吸收能破坏能级粒子数的热平衡分布而趋向饱和。

因为在共振吸收过程中，低能级粒子跃迁到高能级，使高、低能级粒子数分布趋于均等，这时共振吸收信号消失，粒子系统处于饱和状态。

实验 核磁共振实验在1946年，美国哈佛大学教授珀塞尔（E ²M ²Purcell ）和斯坦福大学教授布洛赫（F ²Bloch ），他们用不同的方法同时发现了核磁共振（nuclear magnetic resonance ），简称“NMR ”。

由于这项发明工作是各自独立地完成的，因此两人分别获得了1952年的诺贝尔物理学奖。

如今，“NMR ”已在物理、化学、生物学、医学和神经学等方面获得了广泛的应用。

在研究物质的微观结构方面已形成了一个科学分支——核磁共振波谱学。

利用核磁共振成像技术，美国加州福尼亚大学洛杉机分校的教授们做出了老年痴呆症的脑电图，人们可以清楚地看到老年痴呆症患者大脑灰白质损失从轻微阶段发展到严重阶段的过程。

因此2003年诺贝尔医学奖授予了两位研究“NMR ”的科学家：劳特波尔和彼德曼斯菲尔德。

实验目的1．测定氢核（¹H ）的“NMR ”频率（υH ），理解“NMR ”的基本原理及其条件，精确测定出其恒定外加磁场的大小（B 0）。

2．测定氟核（19F ）的“NMR ”频率（υF ），测定氟原子的三个重要的参数－旋磁比（υF ）、朗德因子（g F ）、自旋核磁矩（μI ）。

实验原理本实验以氢核和氟核为研究对象，下面以氢核为例，应用量子力学的理论，阐明核磁共振的基本原理。

概括地说，所谓“NMR ”，就是自旋核磁矩（μI ）不为零的原子核，在恒定外磁场的作用下发生塞曼分裂，这时如果在垂直于外磁场方向加上高频电磁场（射频场），当射频场的能量（h υ）刚好等于原子核两相邻能级的能量差时（ΔE ），则射频场的能量被原子核吸收，从而产生核磁共振吸收现象，称之为“NMR ”。

1、单个核的核自旋与核磁矩原子核内所有核子的自旋角动量与轨道角动量的矢量和为I P ，其大小为 )1(+=I I P I ⑴ 其中I 为核自旋量子数，人们常称I 为核自旋，可取I = 0，1/2，1，3/2，……。

实验名称：核磁共振（NMR ）分析实验一、实验目的1．了解核磁共振的基本原理；2．学会分析核磁共振谱图。

二、实验原理1．核磁共振现象与共振条件原子的总磁矩j μ 和总角动量j P 存在如下关系22B j j j je e B e g P g P P m h e e m πμμγμγ=-==为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子，为原子的旋磁比对于自旋不为零的原子核，核磁矩j μ 和自旋角动量j P 也存在如下关系2N I N I N I Ipe g P g P P m hπμμγ=-==按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场0B 中能级将发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差E ∆，当有外界条件提供与E ∆相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级之间的磁偶极跃迁，比如赛曼能级的能量差为02B h E γπ∆=的氢核发射能量为h ν的光子，当0=2B hh γνπ时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，这种共振吸收跃迁现象称为“核磁共振”。

由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为00B ωγ=。

2．用扫场法产生核磁共振在实验中要使0=2B hh γνπ得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场sin m B B t ω=，使氢质子能级能量差()0sin 2m hB B t γωπ+有一个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式()0sin 2m hB B t γωπ+总能成立。

由下图可知，当共振信号非等间距时共振点处()0sin m hB B t γωπ+，sin m B t ω未知，无法利用等式求出0B 的值。

调节射频场的频率ν使共振信号等间距时，共振点处sin =0m B t ω，0=2B hh γνπ，0B 的值便可求出。

三、实验仪器核磁共振波谱仪由永久磁铁、扫场线圈、边限振荡器（包括探头）、数字频率计和示波器等组成。

核磁共振分析测试技术实验报告实验名称：核磁共振姓名：学号：专业：实验日期：2017.10.10 指导老师：成绩：一、实验目的：1、掌握核磁共振的一般原理；2、了解核磁仪器的使用方法；3、掌握核磁氢谱碳谱谱图的解析方法。

二、实验原理原子核除具有电荷和质量外，约有半数以上的元素的原子核还能自旋。

由于原子核是带正电荷的粒子，它自旋就会产生一个小磁场。

具有自旋的原子核处于一个均匀的固定磁场中，它们就会发生相互作用，结果会使原子核的自旋轴沿磁场中的环形轨道运动，这种运动称为进动。

自旋核的进动频率ω0与外加磁场强度H0成正比，即ω0=γH0，式中γ为旋磁比，是一个以不同原子核为特征的常数，即不同的原子核各有其固有的旋比γ，这就是利用核磁共振波谱仪进行定性分析的依据。

从上式可以看出，如果自旋核处于一个磁场强度H0的固定磁场中，设法测出其进动频率ω0，就可以求出旋磁比γ，从而达到定性分析的目的。

同时，还可以保持ω0不变，测量H0，求出γ，实现定性分析。

图1 核磁共振波谱仪原理图核磁共振波谱仪就是在这一基础上，利用核磁共振的原理进行测量的核磁共振广泛用于化合物的结构测定，定量分析和动物学研究等方面。

它与紫外、红外、质谱和元素分析等技术配合，是研究测定有机和无机化合物的重要工具。

如果有一束频率为ω的电磁辐射照射自旋核,当ω=ω0时，则自旋核将吸收其辐射能而产生共振，即所谓核磁共振。

吸收能量的大小取决于核的多少。

这一事实，除为测量γ提供途径外，也为定量分析提供了根据。

具体的实现方法是：在固定磁场H0上附加一个可变的磁场。

两者叠加的结果使有效磁场在一定范围内变化，即H0在一定范围内可变。

另置一能量和频率稳定的射频源，它的电磁辐射照射在处于磁场中的样品上，并用射频接收器测量经样品吸收后的射频辐射能。

在样品无吸收时，则接收的能量为一定值；如果有吸收，就会给出一个能量吸收信号。

但吸收的条件必须是射频的频率ω=ω0。

射频的频率是固定的，要使具有不同γ值的不同原子核都能吸收辐射能，就只有改变H0，使不同的自旋核在相应的某一特定的H0时具有相同的并与射频频率相等的进动频率，即ω=ω0。

核磁共振类实验实验报告（一）核磁共振（二）脉冲核磁共振与核磁共振成像第一部分 核磁共振基本原理1.核磁共振磁共振是指磁矩不为零的原子或原子核在稳恒磁场作用下对电磁辐射能的共振吸收现象。

如果共振是由原子核磁矩引起的，则该粒子系统产生的磁共振现象称核磁共振（简写作NMR ）;如果磁共振是由物质原子中的电子自旋磁矩提供的，则称电子自旋共振（简写ESR ）,亦称顺磁共振(写作EPR)；而由铁磁物质中的磁畴磁矩所产生的磁共振现象，则称铁磁共振（简写为FMR ）。

原子核磁矩与自旋的概念是1924年泡利（Pauli ）为研究原子光谱的超精细结构而首先提出的。

核磁共振现象是原子核磁矩在外加恒定磁场作用下，核磁矩绕此磁场作拉莫尔进动，若在垂直于外磁场的方向上是加一交变电磁场，当此交变频率等于核磁矩绕外场拉莫尔进动频率时，原子核吸收射频场的能量，跃迁到高能级，即发生所谓的谐振现象。

研究核磁共振有两种方法：一是连续波法或称稳态法，使用连续的射频场（即旋转磁场）作用到核系统上，观察到核对频率的感应信号；另一种是脉冲法，用射频脉冲作用在核系统上，观察到核对时间的响应信号。

脉冲法有较高的灵敏度，测量速度快，但需要快速傅里叶变换，技术要求较高。

以观察信号区分，可观察色散信号或吸收信号。

但一般观察吸收信号，因为比较容易分析理解。

从信号的检测来分，可分为感应法，平衡法，吸收法。

测量共振时，核磁矩吸收射频场能量而在附近线圈中感应到信号，则为感应法；测量由于共振使电桥失去平衡而输出电压的即为平衡法；直接测量共振使射频振荡线圈中负载发生变化的为吸收法。

本实验用连续波吸收法来观察核磁共振现象。

2.核磁共振的量子力学描述核角动量P 由下式描述， （1） 式中， ηρ)1(+=I I P π2h =ηI 是核自旋磁量子数，可取0，1/2，1，...对H 核，I=1/2。

核自旋磁矩μϖ与P 之间的关系写成P ϖϖ⋅=γμ （2） 式中，称为旋磁比e 为电子电荷；p m 为质子质量；J g 为朗德因子。

实验报告核磁共振实验实验报告：核磁共振实验一、实验目的核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）技术在化学、生物、医学等领域都有着广泛的应用。

本次实验的主要目的是通过实际操作，深入了解核磁共振的基本原理和实验方法，掌握利用核磁共振技术进行物质结构分析的技能，并对实验结果进行准确的分析和解释。

二、实验原理核磁共振是指处于外磁场中的原子核系统受到相应频率的电磁波作用时，在其磁能级之间发生的共振跃迁现象。

原子核具有自旋，自旋会产生磁矩。

当原子核置于外加磁场中时，核自旋会产生不同的能级分裂。

在射频场的作用下，当射频场的频率与原子核的进动频率相等时，就会发生共振吸收，从而可以检测到核磁共振信号。

对于氢原子核（质子），其共振频率与外加磁场强度成正比，可表示为：＼＼omega ＝＼gamma B_0＼其中，＼（＼omega\）是进动频率，＼（＼gamma\）是旋磁比，＼（B_0\）是外加磁场强度。

三、实验仪器与试剂1、核磁共振仪器：包括超导磁体、射频发生器、探测器、数据采集与处理系统等。

2、样品：选择了常见的有机化合物，如乙醇、乙酸等。

四、实验步骤1、样品准备：将适量的样品装入核磁共振样品管中，确保样品均匀分布。

2、仪器调试：打开核磁共振仪器，设置合适的磁场强度、射频频率等参数，进行匀场操作，以获得均匀的磁场。

3、数据采集：将样品管放入仪器中，启动数据采集程序，采集核磁共振信号。

4、数据处理：对采集到的数据进行处理，如傅里叶变换，得到核磁共振谱图。

五、实验结果与分析1、乙醇的核磁共振谱观察到了乙醇中甲基、亚甲基和羟基上氢原子的共振信号。

通过化学位移、峰面积和耦合常数等信息，可以推断出乙醇分子中不同氢原子的化学环境和相互作用。

2、乙酸的核磁共振谱清晰地分辨出了乙酸中甲基和羧基上氢原子的信号。

分析化学位移和峰形，了解乙酸分子的结构特征。

六、实验误差分析1、磁场不均匀性：可能导致谱线加宽，影响化学位移和峰形的准确性。

一、实验目的1. 理解核磁共振的基本原理。

2. 掌握核磁共振实验的操作技能。

3. 学习通过核磁共振谱图分析物质的结构。

4. 熟悉核磁共振仪器的使用方法。

二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）是一种利用原子核在外加磁场中产生共振吸收现象的技术。

当原子核置于磁场中时，其磁矩会与磁场相互作用，导致原子核的自旋能级发生分裂。

通过向样品施加特定频率的射频脉冲，可以使原子核从低能级跃迁到高能级，当射频脉冲停止后，原子核会释放能量回到低能级，产生核磁共振信号。

三、实验仪器1. 核磁共振仪（NMR Spectrometer）2. 样品管3. 射频脉冲发生器4. 数据采集系统5. 计算机四、实验步骤1. 准备样品：将待测样品溶解在适当的溶剂中，并转移至样品管中。

2. 调整磁场：将样品管放置在核磁共振仪的样品腔中，调整磁场强度至所需值。

3. 设置射频脉冲参数：根据样品的核磁共振特性，设置射频脉冲的频率、功率和持续时间等参数。

4. 数据采集：开启核磁共振仪，开始采集核磁共振信号。

5. 数据处理：将采集到的信号传输至计算机，进行数据处理和分析。

五、实验结果与分析1. 核磁共振谱图：通过核磁共振仪采集到的样品谱图显示了不同化学环境下的原子核的共振吸收峰。

峰的位置、形状和强度等信息可以用来推断样品的结构。

2. 化学位移：峰的位置（化学位移）反映了原子核在磁场中的相对位置。

通过比较标准物质的化学位移，可以确定样品中不同类型的原子核。

3. 峰的积分：峰的面积与样品中该类型原子核的数目成正比。

通过峰的积分，可以确定样品中不同类型原子核的相对比例。

4. 峰的分裂：峰的分裂（耦合）反映了原子核之间的相互作用。

通过分析峰的分裂情况，可以推断样品中原子核的连接方式和空间结构。

六、实验讨论1. 实验误差：实验误差可能来源于多种因素，如仪器精度、操作技能和样品纯度等。

为了减小误差，需要严格控制实验条件，并多次重复实验。

核磁共振系别：11系 学号：PB06210381 姓名：赵海波实验目的：观察核磁共振稳态吸收现象，掌握核磁共振的实验基本原理和方法，测量H 1和F 19的γ值和g 因子。

实验原理： 1．核自旋原子核具有自旋，其自旋角动量为h I I p )1(1+=（1）其中I 是核自旋量子数，其值为半整数或整数。

当质子数和质量数均为偶数时，I=0，当质量数为偶数而质子数为奇数时，I=0,1,2…，当质量数为奇数时，I=2n （n=1，3,5…）．2．核磁矩原子核带有电荷，因而具有子旋磁矩，其大小为)1(211+==I I g p m egN Nμμ （2）NN m eh2=μ （3）式中g 为核的朗德因子，对质子，g ＝5.586，N m 为原子核质量，N μ为核磁子，N μ＝227100509.5m A ⋅⨯-，令g m eN2=γ （4）显然有I I p γμ=（5）γ称为核的旋磁比。

3．核磁矩在外磁场中的能量核自旋磁矩在外磁场中会进动。

进动的角频率00B γω=（6）0B 为外恒定磁场。

表2.3.1-1列出了一些原子核的自旋量子数、磁矩和进动频率。

核自旋角动量I p 的空间的取向是量子化的。

设z 轴沿O B 方向，I p 在z 方向分量只能取mh p Iz = （m=I ，I-1，…，-I+1，-I ） （7）Iz Iz p γμ=（8）则核磁矩所具有的势能为000mB h B B E Iz I γμμ-=-=⋅-=（9）对于氢核（H 1），Ｉ＝21，m ＝21 ，021B h E γ =，两能级之间的能量差为000B g B h h E N μγω===∆（10）E ∆正比于O B ，由于N m 约等于电子质量的18401，故在同样的外磁场O B 中，核能级裂距约为电子自旋能级裂距的18401，这表明核磁共振信号比电子自旋共振信号弱的多，观测起来更困难。

４．核磁共振实现核磁共振，必须有一个稳恒的外磁场O B 及一个与O B 和总磁矩m 所组成的平面相垂直的旋转磁场1B ，当1B 的角频率等于0ω时，旋转磁场的能量为E h ∆=0ω，则核吸收此旋转磁场能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振。

核磁共振系别：11系 学号：PB06210381 姓名：赵海波实验目的：观察核磁共振稳态吸收现象，掌握核磁共振的实验基本原理和方法，测量H 1和F 19的γ值和g 因子。

实验原理： 1．核自旋原子核具有自旋，其自旋角动量为h I I p )1(1+=（1）其中I 是核自旋量子数，其值为半整数或整数。

当质子数和质量数均为偶数时，I=0，当质量数为偶数而质子数为奇数时，I=0,1,2…，当质量数为奇数时，I=2n （n=1，3,5…）．2．核磁矩原子核带有电荷，因而具有子旋磁矩，其大小为)1(211+==I I g p m egN Nμμ （2）NN m eh2=μ （3）式中g 为核的朗德因子，对质子，g ＝5.586，N m 为原子核质量，N μ为核磁子，N μ＝227100509.5m A ⋅⨯-，令g m eN2=γ （4）显然有I I p γμ=（5）γ称为核的旋磁比。

3．核磁矩在外磁场中的能量核自旋磁矩在外磁场中会进动。

进动的角频率00B γω=（6）0B 为外恒定磁场。

表2.3.1-1列出了一些原子核的自旋量子数、磁矩和进动频率。

核自旋角动量I p 的空间的取向是量子化的。

设z 轴沿O B 方向，I p 在z 方向分量只能取mh p Iz = （m=I ，I-1，…，-I+1，-I ） （7）Iz Iz p γμ=（8）则核磁矩所具有的势能为000mB h B B E Iz I γμμ-=-=⋅-=（9）对于氢核（H 1），Ｉ＝21，m ＝21 ，021B h E γ =，两能级之间的能量差为000B g B h h E N μγω===∆（10）E ∆正比于O B ，由于N m 约等于电子质量的18401，故在同样的外磁场O B 中，核能级裂距约为电子自旋能级裂距的18401，这表明核磁共振信号比电子自旋共振信号弱的多，观测起来更困难。

４．核磁共振实现核磁共振，必须有一个稳恒的外磁场O B 及一个与O B 和总磁矩m 所组成的平面相垂直的旋转磁场1B ，当1B 的角频率等于0ω时，旋转磁场的能量为E h ∆=0ω，则核吸收此旋转磁场能量，实现能级间的跃迁，即发生核磁共振。

核磁实验报告一．实验目的了解核磁测试的原理，掌握一些相关的核磁信息。

能看懂核磁的基本信息图，会解一些基本的核磁图。

二．实验原理1、核磁共振的原理核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。

根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同：质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为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。

迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有：1H、11B、13C、17O、19F、31P。

原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态，其能量可以从下式求出：正向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。

它们之间的能量差为△E。

一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。

让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。

这种现象称为核磁共振，简称NMR。

两种取向不同的氢核之间的能级差：∆E= μH0= ∆E时，核就能吸收电磁波的能量当采用电磁波照射原子核时，若E外从较低能级跃迁到较高能级，这种跃迁称为核磁共振。

E外= hν = ∆E由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。

将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。

进动具有能量也具有一定的频率。

原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。

实验报告核磁共振实验实验报告：核磁共振实验一、实验目的本次核磁共振实验的主要目的是通过对样品进行核磁共振测量，了解核磁共振现象的基本原理，掌握核磁共振仪器的操作方法，测量样品的核磁共振参数，并对实验结果进行分析和讨论。

二、实验原理核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）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。

在磁场中，原子核会发生能级分裂，当外加射频场的频率与原子核的进动频率相等时，就会发生共振吸收，从而产生核磁共振信号。

对于氢原子核（质子），其磁矩μ与自旋角动量 I 之间的关系为：μ ＝γI，其中γ为旋磁比。

在磁场 B 中，质子的能级分裂为：E ＝μ·B ＝γhI·B ／2π，其中 h 为普朗克常数。

当射频场的频率ν满足：hν ＝ΔE ＝γhB ／2π 时，就会发生核磁共振。

通过测量共振时的射频频率ν和磁场强度 B，可以计算出旋磁比γ等参数。

三、实验仪器本次实验使用的是_____型核磁共振仪，主要包括以下部分：1、磁铁：提供恒定的磁场。

2、射频发射和接收系统：产生和检测射频信号。

3、样品管：放置待测样品。

4、控制台：用于控制实验参数和采集数据。

四、实验步骤1、样品制备将待测样品（如_____溶液）准确配制，并装入样品管中。

2、仪器调试开启核磁共振仪，预热一段时间后，进行磁场匀场和射频频率校准，以获得良好的实验条件。

3、测量参数设置在控制台上设置测量参数，如磁场强度、射频频率扫描范围、扫描时间等。

4、数据采集启动测量程序，仪器自动进行射频频率扫描，并采集核磁共振信号。

5、数据处理对采集到的数据进行处理，如基线校正、峰面积积分等，以获得准确的实验结果。

五、实验数据与分析1、共振频率的测量通过实验，我们得到了样品在不同磁场强度下的共振频率。

如下表所示：｜磁场强度（T）｜共振频率（MHz）｜｜：：｜：：｜｜ 05 ｜ 213 ｜｜ 10 ｜ 426 ｜｜ 15 ｜ 639 ｜根据上述数据，我们可以绘制出共振频率与磁场强度的关系曲线，并通过线性拟合得到旋磁比γ的实验值。

核磁共振演⽰实验医学影像物理实验讲义核磁共振⽣物医学⼯程教研室核磁共振实验1924年，泡利为了解释光谱的精细结构提出了原⼦核具有磁矩的设想。

1939年美国哥伦⽐亚⼤学的I .I .拉⽐（Rabi ）等⼈在原⼦束实验中⾸次观察到核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR ）现象，验证了泡利的想法。

1946年，美国哈佛⼤学的珀塞尔（Purcell ）和斯坦福⼤学的布洛赫（Bloch ）分别报道了⽯蜡和⽔中观察到的质⼦核磁共振吸收信号的研究结果。

两个研究⼩组⽤了稍微不同的⽅法，⼏乎同时在凝聚态物质中⾸次发现了核磁共振。

因此，布洛赫和珀塞尔分享了1952年的诺贝尔物理学奖。

核磁共振具有核磁元素多、选择性⾼、分辨率⾼、灵敏度⾼、能进⾏动态观测等特点，因此它的应⽤⼗分⼴泛。

在物理学⽅⾯，利⽤NMR 可以研究原⼦核的结构和性质、凝聚体的相变、弛豫过程和临界现象等；在化学⼯业⽅⾯，利⽤NMR 可以研究有机材料的反应过程等；在⽣物医学⽅⾯，利⽤NMR 可以研究⽣物组织甚⾄活体组织的的组织和⽣化过程，可以结合NMR 谱与NMR 成像做⽣理分析及医学诊断等。

此外，还⼴泛应⽤于⼯业、农业、考古等领域。

⼀、实验⽬的1、掌握ＮＭＲ的基本原理及观测⽅法。

2、⽤磁场扫描法（扫场法）观察核磁共振现象。

3、由共振条件测定氟核（１９Ｆ）的g 因⼦。

⼆、实验原理对于处于恒定外磁场中的原⼦核，如果同时再在与恒定外磁场垂直的⽅向上加⼀交变电磁场，就有可能引起原⼦核在⼦能级间的跃迁，跃迁的选择定则是，磁量⼦数m 的改变为1±=?m ，也即只有在相邻的两⼦能级间的跃迁才是允许的。

这样，当交变电磁场的频率0ν所相应的能量0νh 刚好等于原⼦核两相邻⼦能级的能量差时，即000B B g h N N ?==γµν（1）时，处于低⼦能级的原⼦核就可以从交变电磁场吸收能量⽽跃迁到⾼⼦能级。

这就是前⾯提到的，原⼦核系统在恒定和交变磁场同时作⽤下，并且满⾜⼀定条件时所发⽣的共振吸收现象——核磁共振现象。

一、实验目地与实验仪器1.实验目地（1）了解核磁共振地基本原理；（2）学习利用核磁共振校准磁场和测量因子g 地方法：（3）掌握利用扫场法创造核磁共振条件地方法，学会利用示波器观察共振吸收信号；（4）测量19F 地g N 因子.2.实验仪器NM-Ⅱ型核磁共振实验装置，水样品和聚四氟乙烯样品.探测装置地工作原理:图一中绕在样品上地线圈是边限震荡器电路地一部分，在非磁共振状态下它处在边限震荡状态（即似振非振地状态），并把电磁能加在样品上,方向与外磁场垂直.当磁共振发生时，样品中地粒子吸收了震荡电路提供地能量使振荡电路地Q 值发生变化，振荡电路产生显著地振荡，在示波器上产生共振信号.二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图地方式）原子核自旋角动量不能连续变化，只能取分立值即： P=其中I 称为自旋量子数，I=0，1/2，1，3/2，2，5/2，…本实验涉及地质子和氟核F 19地自旋量子数I 都等于1/2.类似地原子核地自旋角动量在空间某一方向，例如z 方向地分量不能连续变化，只能取分立地数值自旋角动量不为零地原子核具有与之相联系地核自旋磁矩， 其大小为：P 2Me g =μ 核磁共振 实验报告其中e 为质子地电荷，M 为质子地质量，g 是一个由原子核结构决定地因子，对不同种类地原子核g 地数值不同，g 成为原子核地g 因子.由于核自旋角动量在任意给定地z 方向地投影只可能取（2I+1）个分立地数值，因此核磁矩在z 方向上地投影也只能取（2I+1）个分立地数值：2Me g p 2M e gm z z ==μ 原子核地磁矩地单位为： 2Me N =μ 当不存在外磁场时，原子核地能量不会因处于不同地自旋状态而不同.通常把B 地方向规定为z 方向，由于外磁场B 与磁矩地相互作用能为：B B P B B E z z m γγμμ-=-=-=⨯-=核磁矩在加入外场B 后，具有了一个正比于外场地频率.量子数m 取值不同，则核磁矩地能量也就不同.原来简并地同一能级分裂为(2I+1)个子能级.不同子能级地能量虽然不同，但相邻能级之间地能量间隔 却是一样地，即：B E γ=∆而且，对于质子而言，I=1/2，因此，m 只能取m=1／2和m= -1/2两个数值.简并能级在磁场中分开.其中地低能级状态,对应E 1=-mB ，与场方向一致地自旋，而高地状态对应于E 2=mB ，与场方向相反地自旋.当核自旋能级在外磁场B 作用下产生分裂以后，原子核在不同能级上地分布服从玻尔兹曼分布.若在与B 垂直地方向上再施加一个高频电磁场（射频场），且射频场地频率满足一定条件时,会引起原子核在上下能级之间跃迁.这种现象称为共振跃迁（简称共振）. 发生共振时射频场需要满足地条件称为共振条件：B πγν2= 如果用圆频率ω=2πν表示，共振条件可写成：B γω=通过测量质子在磁场B 中地共振频率νH 可实现对磁场地校准，即：πγν2H B = 反之，若B 已经校准，通过测量未知原子核地共振频率ν便可求出待测原子核地γ值(通常用γ/2π值表征)或g 因子.三、实验步骤（要求与提示：限400字以内）1．观察掺杂有三氯化铁地水样品中质子地地核磁共振信号并测量与永磁体磁感应强度B 0对应地共振频率(1) 将边限震荡器盒上地样品小心地从永磁铁上地插槽放入永磁铁中.（注意不要碰掉样品地铜皮）(2) 将边限振荡器地“检波输出”接示波器地“CH1”端，置示波器地“方式”为CH1.(3) 将边限振荡器地“频率测试”端接多功能计数器地“输入A ”.(4) 将调压器插头接入220V 市电插座.(5) 调节边线振荡器地“频率调节”旋钮，使示波器上出现共振信号.固定提供扫场地调压器输出电压为100V ,调节边限振荡器地“频率调节”旋钮改变边限振荡器地频率ν，观察示波器上共振信号地变化，任取三个不同波形画下，并记下相应地扫场电压V ，变边限振荡器频率ν（由频率计读出）值.固定边线振荡器地频率ν，改变调压器地输出值V (<100V), 观察示波器上共振信号地变化，对共振信号波形随V ，ν，变化地现象.将样品放入永磁铁地磁场最强处，可左右移动边线振荡器铁盒，观察示波器上共振信号波形，当波形尾波最多时样品即在磁场最强处.记下此时标尺地刻度值.置示波器扫描时间为5ms/div,调节边线振荡器地“频率调节”旋钮使共振信号等间距（间隔为10ms ）.(10) 读频率计记下此时地频率值.保持这时地扫场幅度不变，调节射频场地频率，使共振先后发生在处，这时左图对应地水平线将分别与正选波地峰顶与谷底相切，即共振分别发生在正选播地峰顶和谷底附近.这时从示波器看到地共振信号均匀排列，但时间间隔为20ms ，记下这两次地共振频率'H ν和''H ν，利用公式：πγνν22/)(B ''H 'H '-=（1）可求出扫场地幅度.实际上B 0地估计误差B ’要小，这是由于借助示波器上网格地帮助，共振信号均匀排列程度地判断误差不超过10%，再考虑到共振频率地测量也有误差，可取B ’地1/10作为B 0地估计误差，即取πγνν2/20/)10B'B '''H 0H -==∆（（2）上式表明：由峰顶与谷底共振频率差值地1/20，利用πγ2/数值可求出Bo 地估计误差∆B 0，本实验∆B 0之要求保留一位有效数字，进而可以确定B 0有效数字，并要求给出测量结果地完整表达式，即 B 0=测量值±估计误差.2.观察聚四氟乙烯（固态）样品中氟核地共振信号并测量g N 因子把样品为水地探头换为样品为聚四氟乙烯地探头，并把电路盒放在相同地位置.示波器地纵向放大旋钮调节到50mv/格或20mv/格，用与校准磁场过程相同地方法和步骤测量聚四氟乙烯中F 19与B 0对应地共振频率VF 以及在峰顶及谷底附近地共振频率V F ′及V F ′′利用和公式h/B /g N H μν=求出F 19地g 因子.四、数据处理（要求与提示：对于必要地数据处理过程要贴手算照片）1.求磁场强度B 0和ΔB 0质子地回旋频率：γ=42.577MHz/T则：2.计算氟核地g N 因子根据核磁共振公式：氟核共振频率误差：g N因子地相对误差：故相对误差五、分析讨论（提示：分析讨论不少于400字）1.实验过程中产生误差地分析通过本次实验以及数据地处理，我发现实验过程中存在很多误差，主要有：（1）仪器地磁场强度时非常不稳定，且仪器地射频幅度不能调到很低，难以达到部分样品地最佳射频幅度范围.射频幅度值不稳定，频率调节前设定好地射频幅度值，会随着频率地调节而明显改变（往大于设定值方向变化）.（2）同时，实验中很难找到合适地位置使尾波数最多，故加大了实验误差.而且实验过程中必须保持实验台、仪器和样品地稳定，避免震动，因为震动会带来核磁共振波形地极度不稳定.（3）经分析表明，实验装置中永磁铁所产生地匀强磁场并不是完全均匀地，其方向也并不一致，由此也引起了实验测量地一些误差.（4）示波器波形图像地不稳定导致坐标读数地误差,但对实验影响不大,因为坐标地准确大小没有什么意义.v问题2.如何确定对应于磁场为B0时核磁共振地共振频率实验过程中我们是通过使输入电压恒定，在固定幅度地情况下调节频率，观察示波器波形，当出现等距共振波形时，观察其频率.则此时地频率即为核磁共振地共振频率.3.关于最佳射频幅度问题测量氟原子核时，由于氟地共振信号比较小，样品地弛豫时间过长导致饱和现象而引起信号变小，在实验过程中射频幅度调节不当会使实验难以进行，通过查阅资料，我找到部分样品最佳射频幅度.实验使用射频幅度随样品而异将测得地氢核地共振频率÷42.577×40.055，即得到氟地共振频率（例如：测量得到氢核地共振频率为20.000MHz，则氟地共振频率为20.000÷42.577×40.055MHz=18.815MHz）.将氢氟酸样品放入探头中，将频率调节至磁铁上标志地氟地共振频率值，并仔细调节得到共振信号.由于氟地共振信号比较小，故此时应适当降低扫描幅度（一般不大于3V），这是因为样品地弛豫时间过长导致饱和现象而引起信号变小.实验使用射频幅度随样品而异.下表列举了部分样品地最佳射频幅度，在初次调试时应注意，否则信号太小不容易观测.六、实验结论1. 由前面地分析可知，共振波峰地相对位置地变化由B0地大小和B1地角频率之间地关系所决定.在B1角频率不变地情况下，出现了波峰地相对位置地变化，就必然是B0地大小出现了变化.由此可以推断，在圆形磁场中，磁感应强度并不是处处相等地，即磁场不是匀强地.2.从计算结果可以看出，依据实验数据算得地磁感应强度，以此计算出氟核地朗德因子七、原始数据（要求与提示：此处将原始数据拍成照片贴图即可）版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.tfnNh。