实验62脉冲核磁共振

脉冲核磁共振实验报告脉冲核磁共振实验报告导言：脉冲核磁共振（NMR）技术是一种非常重要的实验手段，它在化学、物理、生物等领域都有广泛的应用。

本次实验旨在通过脉冲核磁共振实验，探索其原理和应用，并通过实验结果分析，深入理解核磁共振的基本概念和方法。

一、实验原理核磁共振是基于原子核的自旋性质而产生的一种现象。

当物质处于外加磁场中时，原子核会产生自旋进动，这种进动会产生一个旋转磁矩。

而当外加射频脉冲作用于样品时，会导致核磁矩的翻转，进而引起核磁共振信号的产生。

二、实验步骤1. 样品准备：选择适当的样品，将其溶解在合适的溶剂中，并放置在核磁共振仪器中。

2. 参数设置：设置外加磁场的强度和方向，调整射频脉冲的频率和幅度。

3. 信号采集：开始采集核磁共振信号，记录下信号的幅度和频率。

4. 数据处理：通过对采集到的信号进行傅里叶变换，得到核磁共振谱图。

5. 结果分析：根据谱图的特征，分析样品中的成分和结构。

三、实验结果与讨论通过实验，我们得到了样品的核磁共振谱图。

根据谱图的特征，我们可以得到样品中各个成分的化学位移和相对含量。

同时，通过核磁共振谱图的峰形和峰面积，我们还可以得到样品中各个原子核的耦合关系和化学环境。

在实验中，我们还可以通过改变外加磁场的强度和方向，观察核磁共振信号的变化。

这样可以进一步了解样品中原子核的自旋性质和相互作用规律。

此外，核磁共振技术还可以应用于生物医学领域。

通过核磁共振成像（MRI），可以对人体内部结构进行非侵入性的观察和诊断。

这种无辐射、无损伤的成像技术已经成为现代医学中不可或缺的工具。

四、实验中的注意事项在进行脉冲核磁共振实验时，需要注意以下几点：1. 样品的纯度和浓度对实验结果有较大影响，因此在实验前应对样品进行充分的处理和检测。

2. 外部磁场和射频脉冲的设置需要精确控制，以保证实验的可靠性和准确性。

3. 在实验过程中，需要避免样品受到振动和温度变化的干扰，以免影响信号的稳定性和准确性。

物理实验报告_连续和脉冲核磁共振本次实验旨在通过连续核磁共振实验和脉冲核磁共振实验来研究核磁共振现象和多种核磁共振信号的产生情况。

本文将分别从实验原理、实验步骤和实验结果三个方面详细介绍两种核磁共振实验的实验流程及其分析结果。

1.实验原理连续核磁共振实验的基本原理是通过一个强恒定的磁场和一个垂直于磁场的交变磁场来激发样品中的核磁共振信号。

在磁场中，核的自旋矢量会绕着磁场方向发生进动运动，并以拉莫尔频率（Larmor frequency）出现在旋转平面上。

当交变磁场的频率与拉莫尔频率相同时，就会引发核磁共振信号。

这样，我们就可以通过接收和分析样品中的核磁共振信号来研究样品的结构和组成。

2.实验步骤本次连续核磁共振实验的实验步骤如下：（1）将氢气均匀地填充于NMR探头中心的玻璃管内，并在器皿内填充液氮。

控制样品温度在77K的液氮温度下，以使样品的运动减缓，增加共振信号的稳定性。

（2）将探头放置于主磁场中，使氢核自旋的磁矩方向垂直于主磁场方向，并加上弱交变磁场。

（3）调整探头位置，使得共振信号的幅度最大。

此时，从光谱仪上的频率读数可以得到氢核的拉莫尔频率。

（4）使用跟踪放大器进行信号放大和混频处理，并将处理后的信号导入计算机进行谱图显示和分析。

3.实验结果实验结果显示，在该实验中，我们成功地获得了氢核的核磁共振信号，并通过实验数据分析得到了氢核的拉莫尔频率。

同时，我们还观察到样品温度对共振信号的影响，即样品温度降低时，共振信号的幅度和清晰度都有所提高。

这说明，低温环境有助于增加共振信号的分辨率，并提高实验测量的准确性。

脉冲核磁共振实验的基本原理是通过两个导频圆柱，在样品中产生一个强磁场和一个脉冲磁场，以研究不同的核磁共振信号的产生情况。

在实验中，我们可以使用不同的脉冲序列来激发样品中不同的核磁共振信号，进而研究样品的结构和成分。

脉冲核磁共振实验核磁共振技术来源于1939年美国物理学家拉比（I.I.Rabi ）所创立的分子束共振法，他使用这种方法首先实现了核磁共振这一物理思想，精确德测定了一些原子核的磁矩，从而获得了1944年度的诺贝尔物理奖.此后,磁共振技术迅速发展,经历了半个多世纪的而长盛不衰,孕育了多个诺贝尔奖获得者,它还渗透到化学、生物、医学、地学和计量等学科领域,以及众多的生产技术部门,成为分析测试中不可缺少的实验手段.所谓核磁共振,是指磁矩不为零的原子核处于恒定磁场中,由射频或者微波电磁场引起塞曼能级之间的共振跃迁现象.核磁共振现象具有其特点,因此,我们先介绍一些核磁共振的基础知识.一、核磁共振基础知识1． Bloch 方程:1946年Bloch 采用正交线圈感应法观察水的核磁共振信号后就根据经典理论力学推导出Bloch 方程建立核磁共振的唯象理论。

长久以来大量的实验表明Bloch 方程在液体中完全精确，同时还发现Bloch 方程在其他能级跃迁理论也高度吻合，比如激光的瞬态理论中Bloch 方程同样适用。

所以Bloch 方程已经超越了半经典的陀螺模型，现在已经推广到磁共振以外的能级跃迁系统。

在激光物理中采用密度矩阵和Maxwell 方程组推导出Bloch 方程又称为Maxwell-Bloch 方程(有的书称为FHV 表象理论)。

所以Bloch 方程促进了量子力学的发展是非常重要的公式。

由于Maxwell-Bloch 方程推导涉及高等量子力学和量子电动力学等复杂的理论和繁琐的数学基础所以本文采用Bloch 半经典的唯象理论。

（1）半经典理论:将原子核等效为角动量为 L 的陀螺和具有磁矩为L γμ=磁针。

其中γ称为旋磁比。

原子核在外磁场作用下受到力矩 B T⨯=μ (1)并且产生附加能量B E⋅=μ (2)根据陀螺原理 T dt L d=和Lγμ=得B dtd⨯=μγμ(3) 其分量式)()()(y x x y zx z z x y z y y Z xB B dtd B B dt d B B dt d μμγμμμγμμμγμ-=-=-= (4)（2）驰豫过程:驰豫过程是原子核的核磁矩与物质相互作用产生的。

脉冲核磁共振实验常见问题解答脉冲核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是一种利用原子核磁矩与外磁场相互作用的物理现象来研究物质性质的方法。

它广泛应用于化学、生物学、医学等领域，并被认为是现代科学的重要工具之一。

在进行脉冲核磁共振实验时，研究者常常会遇到一些问题。

本文将为大家解答一些脉冲核磁共振实验中常见的问题。

1. 为什么在脉冲核磁共振实验中需要使用强磁场？脉冲核磁共振实验中需要使用强磁场的原因有两个。

首先，强磁场可以使原子核的磁矩相互排列，从而使得实验结果更稳定。

其次，强磁场可以增强原子核的磁矩与外磁场的相互作用，使得实验信号更明显，提高实验的灵敏度。

2. 为什么在脉冲核磁共振实验中需要使用脉冲？脉冲的使用是为了改变原子核的磁矩方向，并观察其回复到平衡位置的过程。

通过施加特定的脉冲序列，可以实现对原子核磁矩的操控，进而研究样品的性质。

脉冲的作用类似于在波浪中扔入石子，产生了干涉现象。

通过精确控制脉冲形状和频率，可以提取出样品中的各种信息。

3. 为什么脉冲核磁共振实验的结果需要经过傅里叶变换？脉冲核磁共振实验直接获得的是时域信号，即随时间变化的信号。

然而，要获得有关原子核化学位移或耦合常数等信息，需要将时域信号转换为频域信号。

傅里叶变换是将信号从时域转换为频域的数学工具，通过进行傅里叶变换，可以将时域信号转换为频域谱图，更直观地观察和分析实验结果。

4. 为什么脉冲核磁共振实验需要使用空白样品？空白样品是指不含要研究物质的纯溶剂。

在脉冲核磁共振实验中，空白样品可以提供对比参照，用来校正仪器的偏差和噪音。

它通常由溶剂本身构成，而该溶剂中没有待研究物质，这样可以减少对实验结果的影响，更准确地获得待研究物质的核磁共振信号。

5. 为什么脉冲核磁共振实验中需要对样品进行加热？加热样品可以提高样品分子的动力学平衡，加速样品分子运动，从而使得实验信号更清晰、稳定。

此外，加热还能够改善样品的溶解度，提高实验的灵敏度。

东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校实 验 报 告班级________姓名________学号_______实验日期___________ 实验台号：_________________________ 同组人：__________实验名称：脉冲核磁共振实验一、【实验目的】1.了解脉冲核磁共振的基本实验装置和基本物理思想，学会用经典矢量模型方法解释脉冲核磁共振中的一些物理现象。

2.用自由感应衰减法测量表观横向弛豫时间*2T ，分析磁场均匀度对信号的影响。

3.用自旋回波法测量不同样品的横向弛豫时间2T 。

4.用反转恢复法测量不同样品的纵向弛豫时间1T 。

5.调节磁场均匀度，通过傅里叶变换测量样品的化学位移。

6.测量不同浓度硫酸铜溶液中氢原子核的横向弛豫时间2T 和纵向弛豫时间1T ，测定其随CuSO 4浓度的变化关系。

（选做）二、【实验原理】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。

它是测定原子的核磁矩和研究核结构的直接而又准确的方法，也是精确测量磁场的重要方法之一。

下面我们以氢核为主要研究对象，以此来介绍核磁共振的基本原理和观测方法。

氢核虽然是最简单的原子核，但它是目前在核磁共振应用中最常见和最有用的核。

三、【脉冲核磁共振】1.射频脉冲磁场瞬态作用实现核磁共振的条件：在一个恒定外磁场B 作用下，另在垂直于B 的平面（x ，y 平面）内加进一个旋转磁场1B ,使1B 转动方向与μ的拉摩尔进动同方向，见图3-1。

如1B 的转动频率ω与拉摩尔进动频率0ω相等时，μ会绕0B 和1B 的合矢量进动，使 μ与0B的夹角θ发生改变,θ增大,核吸收1B 磁场的能量使势能增加。

如果1B 的旋转频率ω与0ω不等，自旋系统会交替地吸收和放出能量，没有净能量吸收。

因此能量吸收是一种共振现象，只有1B 的旋转频率ω与0ω相等时才能发生共振。

图3-1 拉摩尔进动 图3-2 直线振荡场旋转磁场1B 可以方便的由振荡回路线圈中产生的直线振荡磁场得到。

脉冲核磁共振实验报告一、实验报告简介脉冲核磁共振实验可是相当有趣的呢，就像我们去探索一个神秘的微观世界一样。

这个实验能让我们对原子核的一些特性有更深刻的了解。

二、实验目的1. 我们就是想通过这个实验来掌握脉冲核磁共振的基本原理呀。

这原理就像是一把钥匙，能打开理解原子核自旋特性的大门呢。

2. 还有就是要学会使用相关的仪器设备，那些仪器就像是我们探索微观世界的小助手，每个按钮、每个功能都得摸透。

3. 能够准确地测量出一些关键的物理量，比如说共振频率啦，弛豫时间这些，这些数据就像是密码，能让我们更好地解读原子核的小秘密。

三、实验仪器1. 核磁共振仪那可是主角，它长得就像一个精密的小盒子，上面有好多的旋钮和显示屏，每个部分都有它独特的功能，可不能小瞧。

2. 还有样品管，就像一个小小的容器，把我们要研究的样品放在里面，就像是给原子核们安了个小家。

3. 射频发生器，这就像是一个信号小喇叭，不停地向样品发送射频信号，来激发原子核的反应。

四、实验原理1. 原子核的自旋就像小陀螺一样在那不停地转着，当我们施加一个合适的外部磁场时，这些小陀螺就会按照一定的规律排列起来，就像一群听话的小士兵。

2. 然后我们再用射频脉冲去干扰它们，这就像是给小士兵们下达了新的指令，它们就会产生共振现象，就像一起欢呼起来一样。

3. 共振之后呢，原子核又会慢慢地恢复到原来的状态，这个过程就是弛豫过程，有纵向弛豫和横向弛豫之分，就像是小士兵们从兴奋状态慢慢平静下来的不同方式。

五、实验步骤1. 首先得准备好样品，把样品小心地放进样品管里，就像把宝贝放进小盒子一样，要保证样品均匀分布。

2. 然后把样品管放到核磁共振仪里，就像是把宝贝送到了它的专属小屋里。

3. 打开仪器，先对仪器进行一些基本的设置，比如磁场强度啦，射频频率范围这些，就像给仪器做个热身运动。

4. 接下来发送射频脉冲，这时候就要盯着显示屏看啦，看那些跳动的数字和曲线，就像看一场精彩的表演。

编者的话高校理科物理类专业（四年制）近代物理实验教学基本要求第一章随机误差及其几种主要分布1 随机误差及其几种主要分布2蒙特卡罗方法第二章核物理实验实验2－1 盖革－弥勒计数器及核衰变的统计规律实验2－2闪烁计数器及γ能谱测量实验2－3符合测量实验2－4相对论电子的动能与动量关系的测量第三章原子物理实验实验3－1密立根油滴实验实验3－2夫兰克-赫兹实验实验3－3氢的同位素光谱实验3－4斯特恩-盖拉赫实验实验3－5塞曼效应第四章光学类实验实验4－1光弹性效应实验4－2傅里叶变换光谱实验4－3 光速实验Ⅰ：声光调制和光速测量实验4－4光速实验Ⅱ：光速和介质折射率的测量实验4－5 电光调制器特性的测试实验4－6法拉第效应实验4－7光电混合型光学双稳态实验4－8光子计数实验Ⅰ：单光子计数实验4－9光子计数实验Ⅱ：时间分辨光子计数实验系统实验4－10荧光光谱第五章X射线和电子衍射实验实验5－1粉末照相法实验5－2劳厄照相法实验5－3 电子衍射实验第六章磁共振实验实验6－1核磁共振实验6－2 脉冲核磁共振实验6－3 光泵磁共振第七章微波实验实验7－1 微波基础实验实验7－2 微波电子自旋共振第八章真空镀膜实验实验8－1 离子溅射镀膜第九章高等物理实验实验9－1 晶体光折变效应与光学存储实验9－2 新型散射现象及其应用实验9－3 晶格振动拉曼光谱在宝石鉴定中的应用实验9－4 高压相变的光学显微镜观察实验9－5 光通信实验实验9－6 光纤光栅传感实验实验9－7 掺铒光纤放大器实验9－8 电光小角度传递与检测实验9－9 微弱信号检测和锁相放大器实验9－10基于PoweLab数据采集分析系统的生理信号分析实验9－11 基于LabVIEW的人体心电信号采集程序开发实验9－12液氮区超导体电特性和磁特性的观察和测量实验9－13激光多普勒（LDV)法测量流体速度实验9－14CCD原理及其应用实验9－15彩色编码摄影及光学/数字彩色图像解码实验实验9－16扫描隧道显微镜（STM）附录附录一中华人民共和国法定计量单位附录二基本物理常量表附录三x射线实验技术基础理论附录四历年诺贝尔物理学奖简介（1901－2005）。

脉冲核磁共振核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR）现象是1946年由F.Bloch和和M.Purcell同时独立发现的，它是核磁矩在静磁场中被磁化后与特定频率的射频场产生共振吸收的现象。

吸收能量后的自旋核与周围物质相互作用并以相同频率的射频辐射形式退激，共振频率和退激的时间特性（弛豫时间）与物质的种类、物质的结构和物质所处的环境有关，据此可以测定物质的结构。

核磁共振目前己广泛用于物理、化学、生物、医学、石油勘探等领域，形成了一门核磁共振波谱学。

目前大学“近代物理”课程的“稳态核磁共振”实验主要介绍核磁共振的基本概念，在该实验中射频场是始终存在的，当扫描磁场达到共振频率ν=γB/2π时才能观察到核磁共振信号，这种方法称为稳态核磁共振实验。

另一种是用脉冲射频场作用于核系统上，检测核系统对脉冲的响应，并利用快速傅里叶变换（FFT）技术将时域信号变换成频域信号。

这种方法称为脉冲核磁共振。

目前绝大部分核磁共振谱仪和磁共振成像仪都以脉冲核磁共振技术为基础，因此教学上也要让学生了解，“近代物理”课程也应添加“脉冲核磁共振”实验的内容。

本仪器就是为此种需求而设计生产的，并称为脉冲核磁共振教学仪（教学型），可做以下实验：FID信号的观察、脉冲角度的设置、共振中心频率的校准、自旋回波信号的观察、纵向弛豫时间T1、横向弛豫时间T2的测量，以及观察化学位移现象。

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=ħ)1(II (1)式中ħ=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。

实验 脉冲核磁共振实验核磁共振技术来源于1939年美国物理学家拉比（I.I.Rabi ）所创立的分子束共振法，他使用这种方法首先实现了核磁共振这一物理思想，精确德测定了一些原子核的磁矩，从而获得了1944年度的诺贝尔物理奖.此后,磁共振技术迅速发展,经历了半个多世纪的而长盛不衰,孕育了多个诺贝尔奖获得者,它还渗透到化学、生物、医学、地学和计量等学科领域,以及众多的生产技术部门,成为分析测试中不可缺少的实验手段.所谓核磁共振,是指磁矩不为零的原子核处于恒定磁场中,由射频或者微波电磁场引起塞曼能级之间的共振跃迁现象.核磁共振现象具有其特点,因此,我们先介绍一些核磁共振的基础知识.一、核磁共振基础知识1.处于恒定磁场中的磁矩 （1）角动量与磁矩具有自旋的原子核，其自旋角动量P 为)1(+=I I P （1）（1）式中，I 为自旋量子数，其值为半整数或整数，由核性质所决定。

π2h =，h 为普朗克常数。

自旋的核具有磁矩μ，μ和自旋角动量P 的关系为P γμ＝ （2）式中，γ为旋磁比。

根据量子力学，核自旋P 空间取向是量子化的。

P 在z 方向上的分量只能取)12(+I个值，即：m P z = ),1,,1,(I I I I m -+-⋅⋅⋅-= （3）m 为磁量子数，相应地m P Z Zγγμ== （4）（2）磁矩在恒定磁场中的运动由于原子核具有磁矩，故在外磁场作用下受到力矩0B T ⨯=μ (5)由于力矩作用会引起原子核角动量的变化，由 T dtdL=和P γμ＝得0B dtd ⨯=γμμ(6) 求解这个方程，磁矩μ绕B 作拉莫尔旋进旋进角频率0B γω= （7）可见旋进角频率与磁场大小成正比。

（3）磁场在恒定磁场中的能量磁矩在恒定外磁场作用下具有势能θμcos 00B E =⋅=B μ将 m P Z Z γγμ==代入，则0B m E γ= (8)由此可见，磁矩在磁场中的能量只能取分立的能级值。

对2/1=I 的核，例如氢、氟等，在磁场中仅分裂为上下两个能级。

关于脉冲核磁共振实验的几点讨论邱桐06300220040引言：核磁共振成像（nuclear magnetic resonance imaging, NMRI ）技术是现代医学的最重要的影像诊断手段之一，涉及许多方面。

实验提供的设备主要可以进行驰豫时间的测量，还有成像等。

摘要：本文讨论一系列脉冲核磁共振信号的出现原理，以及实验中出现的某些因素，如软硬脉冲，间隔时间等对于实验的影响，以及测量驰豫时间，成像中的一些现象分析。

关键词：量子力学和经典电动力学、软脉冲、硬脉冲、吸收信号、色散信号、回波信号、CPMG 脉冲、误差积累、自旋回波成像、反转恢复成像正文：两种理论/观点——量子力学和经典电磁理论㈠量子力学：NMR 信号的产生源自于原子核的自旋能级对射频信号的能量的匹配。

具体而言，原子核系统在外磁场B 。

中被磁化．核磁矩与外场相互作用哈密顿量为 000z H B B I B m μγγ=-=-=-其中，γ为旋磁比，z I 为原子核的自旋角动量在外磁场方向的投影，对于z I =1/2，12m =±即分裂为两个Zeeman 能级。

加入射频场后。

当场量于00w B γ=即电磁波能量正好等于能级间距时，原子 核会从射频场吸收能量从低能态跃迁到高能态，因此得共振条件：00w B γ=，如下图㈡经典电磁学理论：而核磁感应的观点用了经典的电磁感应理论。

具体而言，磁化强度本质上是宏观磁矩，它在线圈中有自身的磁通量。

当磁化强度绕磁场旋 进时，线圈中的磁通量就要发生周期性的变化，因而在线圈中可以记录到振荡频率为0B γ 的交变电流。

如下图在解释NMR 信号的产生时要同时运用这两种观点。

这是微观宏观不同尺度运用不同理论的需要。

即对于核磁信号的吸收是微观尺度，所以用量子力学，而核磁信号的感应，由于是宏观尺度（总的核磁矩是宏观的）可以用Faraday 的经典电磁感应理论。

宏观磁化强度M 与它在磁场下的运动与弛豫过程的理论分析 在z （实验室坐标系下）方向的外磁场0B 中： 有Bloch 方程，在实验室坐标系下：222()()()xx z y y z y y x z z xxz y x x y B B t T B B tT B B tT μμγμμμμγμμμμγμμ∂⎧=--⎪∂⎪⎪∂=--⎨∂⎪⎪∂=--⎪∂⎩ （1）它的解00cos()sin()x y z C w t C w t A μδμδμ⎧=+⎪=+⎨⎪=⎩其中A ，C 为常数（2） 其中0,0z x y B B B B ===由此可见，磁化强度μ绕z 做拉莫进动，进动频率00w B γ=，其中γ为旋磁比。