核磁共振
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核磁共振护理科普1. 什么是核磁共振(NMR)?核磁共振是一种非侵入性的成像技术,可以用于观察人体内部的结构和功能。
它利用强大的磁场和无害的无线电波来生成图像,提供有关身体组织和器官的详细信息。
核磁共振通过检测人体内部原子核的行为来工作。
当暴露在强磁场中时,原子核会产生特定的信号。
通过对这些信号进行分析和处理,可以生成高分辨率的图像。
2. 核磁共振在医学中的应用2.1 结构成像核磁共振成像(MRI)是最常见的应用之一。
它可以提供高质量、高对比度的图像,用于观察人体内部器官和组织的结构。
MRI在诊断肿瘤、脑部损伤、心血管问题等方面具有重要作用。
2.2 功能成像除了结构成像外,核磁共振还可以进行功能成像。
功能性核磁共振(fMRI)是一种通过检测血液氧合水平来观察大脑活动的方法。
它可以帮助研究人员了解特定任务或刺激对大脑的影响,并有助于诊断脑部疾病。
2.3 治疗指导核磁共振还可以用于治疗指导。
例如,在放射治疗中,MRI可以帮助医生确定肿瘤的位置和大小,以便更准确地进行治疗计划。
3. 核磁共振的优点和注意事项3.1 优点•非侵入性:核磁共振不需要使用放射性物质,相对安全。
•高分辨率:核磁共振可以提供高分辨率的图像,能够显示细微结构和异常。
•多功能性:核磁共振不仅可以进行结构成像,还可以进行功能成像等其他应用。
3.2 注意事项•磁场限制:由于核磁共振使用强大的磁场,患有心脏起搏器、金属假肢等人群可能受到限制。
•长时间扫描:核磁共振扫描可能需要很长时间(几分钟到几小时),患者需要保持静止和耐心。
•对特定人群的影响:核磁共振可能对孕妇、婴儿和长期卧床的患者产生影响,应在医生指导下进行。
4. 核磁共振护理核磁共振护理是指对接受核磁共振检查的患者进行护理和支持。
以下是核磁共振护理的一些重要方面:4.1 前期准备•了解患者情况:护士需要详细了解患者的病史、过敏史和其他相关信息。
•安全检查:确保没有任何金属物品(如首饰、手机等)进入扫描室,以免对患者和设备造成损害。
简述核磁共振的基本原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种基于原子核磁矩与外加磁场相互作用的物理现象的分析技术。
它在医学、化学和材料科学等领域有着广泛的应用。
核磁共振的基本原理是基于原子核的自旋运动以及与外加磁场的相互作用。
原子核具有自旋磁矩,当置于外加磁场中时,原子核的自旋磁矩会沿着外加磁场方向取向。
在外加磁场作用下,原子核会产生共振吸收、共振散射等现象。
核磁共振的实验装置主要包括磁场系统、射频系统和检测系统。
磁场系统由强大的恒定磁场和磁体组成,用于产生均匀的静态磁场。
射频系统用于产生射频场,并与样品中的原子核磁矩相互作用,从而激发共振信号。
检测系统则用于接收和测量样品中的共振信号。
在核磁共振实验中,首先将样品放置在磁场中,样品中的原子核磁矩会取向于磁场方向。
然后,通过射频脉冲产生射频场,使原子核磁矩发生磁矩矢量的旋转。
当射频场的频率与原子核的共振频率匹配时,原子核会吸收能量并发生共振转动。
这个过程称为共振吸收。
共振吸收信号可以通过检测系统进行接收和测量。
检测系统通常采用感应线圈,将样品中的共振信号转换为电信号。
然后,通过信号放大和处理,可以得到原子核的共振吸收谱图。
核磁共振技术可以提供丰富的信息,包括化学位移、耦合常数、弛豫时间等。
通过测量样品中原子核的共振信号,可以确定样品的分子结构、成分和物理化学性质。
在医学中,核磁共振成像(MRI)技术可以用于非侵入性地观察人体内部结构和组织功能。
总结起来,核磁共振是一种基于原子核磁矩与外加磁场相互作用的分析技术。
通过射频场的激发和共振吸收,可以获得样品中原子核的共振信号,并通过信号处理得到有关样品的信息。
核磁共振技术在医学、化学和材料科学等领域有广泛应用,为科学研究和医学诊断提供了重要工具。
核磁共振是什么-核磁共振的基本原理核磁共振是什么-核磁共振的基本原理大家知道什么是核磁共振吗?以下是PINCAI小编整理的关于核磁共振的相关内容,欢迎阅读和参考!核磁共振是什么_核磁共振的基本原理核磁共振是什么核磁共振是磁矩不为零的原子核,在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂,共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。
核磁共振波谱学是光谱学的一个分支,其共振频率在射频波段,相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。
核磁共振应用:核磁共振成像(MRI)检查已经成为一种常见的影像检查方式,核磁共振成像作为一种新型的影像检查技术,不会对人体健康有影响,但六类人群不适宜进行核磁共振检查:即使安装心脏起搏器的人、有或疑有眼球内金属异物的人、动脉瘤银夹结扎术的人、体内金属异物存留或金属假体的人、有生命危险的危重病人、幽闭恐惧症患者等。
不能把监护仪器、抢救器材等带进核磁共振检查室。
另外,怀孕不到3个月的孕妇,最好也不要做核磁共振检查。
核磁共振的基本原理原子核的自旋核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。
不同的原子核,自旋运动的情况不同,它们可以用核的自旋量子数I来表示。
自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系,大致分为三种情况,如下表。
分类质量数原子序数自旋量子数INMR信号I偶数偶数无II偶数奇数1,2,3,…(I为整数)有III奇数奇数或偶数0.5,1.5,2.5,…(I为半整数)有I值为零的原子核可以看做是一种非自旋的`球体,I为1/2的原子核可以看做是一种电荷分布均匀的自旋球体,1H,13C,15N,19F,31P的I均为1/2,它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。
I大于1/2的原子核可以看做是一种电荷分布不均匀的自旋椭球体。
[2] 核磁共振现象原子核是带正电荷的粒子,不能自旋的核没有磁矩,能自旋的核有循环的电流,会产生磁场,形成磁矩(μ)。
μ=γP式中,P是角动量矩,γ是磁旋比,它是自旋核的磁矩和角动量矩之间的比值,因此是各种核的特征常数。
核磁共振的测试方法
核磁共振测试是一种非侵入性的成像技术,它利用磁场和无线电波来生成人体内部的图像。
下面是一些核磁共振测试的基本方法:
1. 患者准备:在进行核磁共振测试之前,患者需要移除身上的金属物品,如手表、项链、耳环等,因为这些物品可能会干扰磁场。
患者还需要穿上医院提供的无金属衣物。
2. 进入磁场:患者躺在核磁共振 scanner 中, scanner 会产生一个强大的磁场,这个磁场会使人体内的水分子中的氢原子排列整齐。
3. 发射无线电波:当氢原子排列整齐后, scanner 会发射无线电波,这些无线电波会与氢原子相互作用,使氢原子产生振动。
4. 接收信号: scanner 会接收这些振动产生的信号,这些信号会被转化为图像。
5. 生成图像:计算机将接收到的信号进行处理,生成人体内部的图像。
这些图像可以显示出人体内部的结构和组织,如骨骼、肌肉、器官等。
需要注意的是,核磁共振测试可能会对人体产生一定的影响,如对人体的磁场产生影响、对人体的温度产生影响等。
因此,在进行核磁共振测试之前,患者需要了解相关的风险和注意事项,并在医生的指导下进行测试。
核磁共振工作原理
核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种基于原子核的特性和磁场相互作用的物理现象的技术。
通过利用原子核在外加磁场下的磁性特性,核磁共振可以为化学物质和生物体提供详细的结构信息。
其工作原理可以总结为以下几个步骤:
1. 磁化过程:将待测的样品放入强磁场中,如常用的是超导磁铁产生的静态磁场。
这个静态磁场会使样品中原子核的磁矩有方向性地分布起来,使得样品整体具有一个总的磁化强度。
2. 辐射吸收过程:通过适当的方法施加一定频率的电磁波(通常是射频波),使得其频率与样品中原子核的回旋频率匹配(所谓的共振频率)。
这样,外界电磁波会被样品中的原子核吸收。
3. 回旋过程:被吸收的能量会激发样品中的原子核,使得它们的磁矩从初始的方向开始进动,即回旋。
回旋频率与原子核固有的磁共振频率相匹配。
4. 检测信号过程:在回旋过程中,原子核的磁矩会影响探测线圈中的感应电压。
这个感应电压可以被检测和记录下来,从而得到一个与样品中原子核回旋情况有关的信号。
5. 数据处理与图像构建:通过对检测到的信号进行数学处理和谱线解析,可以得到原子核的特征参数和相应的峰图。
这些参数和图像可以提供关于样品分子结构和动力学特性等信息。
总之,核磁共振技术利用样品中原子核的特性和外加磁场的相互作用,通过回旋过程和检测信号,能够提供详细的结构和性质信息。
在化学、生物医学和材料科学等领域具有广泛的应用。
核磁共振操作流程核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)是一种重要的分析技术,广泛应用于化学、生物、医药等领域。
本文将介绍核磁共振的操作流程,帮助读者了解核磁共振实验的基本步骤和注意事项。
1. 样品准备。
在进行核磁共振实验之前,首先需要准备样品。
样品的准备对于获得准确的核磁共振谱图至关重要。
通常情况下,样品应该是干燥的、纯净的,并且溶解于适当的溶剂中。
在选择溶剂时,需要考虑样品的溶解度和核磁共振谱图的清晰度。
另外,还需要注意避免样品受到空气、水分或其他杂质的污染。
2. 仪器调试。
在进行核磁共振实验之前,需要对核磁共振仪进行调试。
首先,需要进行仪器的校准,确保仪器的稳定性和准确性。
然后,需要进行磁场的调节,以保证磁场的均匀性和稳定性。
在调试过程中,需要仔细检查仪器的各项参数,并根据实际情况进行调整,以确保实验的顺利进行。
3. 参数设置。
在进行核磁共振实验之前,需要设置合适的参数。
这包括脉冲序列的选择、扫描参数的设置等。
不同的样品可能需要不同的参数设置,需要根据样品的性质和实验的要求进行调整。
在设置参数时,需要注意保证信噪比的合适性,以获得清晰的核磁共振谱图。
4. 数据采集。
在参数设置完成后,可以开始进行核磁共振实验。
在数据采集过程中,需要确保样品处于稳定状态,并且仪器处于正常工作状态。
同时,需要注意记录实验条件和参数,以便后续数据处理和分析。
5. 数据处理。
核磁共振实验得到的数据通常需要进行处理和分析。
这包括数据的峰识别、积分、峰面积的测量等。
在数据处理过程中,需要注意排除可能的干扰和噪音,并确保数据的准确性和可靠性。
6. 结果解读。
最后,根据数据处理得到的核磁共振谱图,可以进行结果的解读和分析。
通过对峰的位置、强度和形状进行分析,可以得到样品的结构信息和化学性质。
在结果解读过程中,需要结合实验条件和样品性质,进行合理的推断和解释。
总结。
核磁共振实验是一项重要的分析技术,可以提供样品的结构和化学信息。
核磁共振检查什么引言核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种非侵入性、无辐射的医学影像检查技术,由于其高分辨率和多参数功能,被广泛应用于临床医学领域。
核磁共振检查可以提供大量详细的解剖和功能信息,帮助医生准确诊断疾病并制定合理的治疗方案。
本文将详细介绍核磁共振检查适用于哪些病症以及它在这些病症中的应用。
1. 脑部核磁共振检查脑部核磁共振检查是最常见的核磁共振应用之一,广泛用于脑部疾病的诊断和评估。
它可以检测脑部结构的异常,如肿瘤、出血、感染和脑血管病变等。
此外,脑部核磁共振还可以提供关于脑组织的代谢信息,如脑梗死、代谢性疾病和癫痫发作。
2. 脊柱核磁共振检查脊柱核磁共振检查主要用于评估脊柱和脊髓的疾病,特别是椎间盘突出、脊髓损伤和脊柱肿瘤等。
它可以帮助医生确定疾病的位置、大小和形态,指导手术治疗和康复计划。
3. 心脏核磁共振检查心脏核磁共振检查是一种无创性评估心脏结构和功能的技术,广泛用于心脏病的诊断和治疗。
它可以提供关于心脏壁运动、心脏腔的大小和形态、心室流量和心脏瓣膜的功能等信息。
心脏核磁共振还可以评估冠状动脉疾病、心脏肥厚和心肌梗死等心脏病变。
4. 肝脏核磁共振检查肝脏核磁共振检查主要用于评估肝脏疾病,如肝肿瘤、肝纤维化和肝内胆管疾病等。
它可以提供关于肝脏结构、血供和代谢功能的详细信息,帮助医生制定肝脏疾病的治疗方案。
5. 骨骼核磁共振检查骨骼核磁共振检查主要用于评估骨骼系统的疾病,如骨折、骨肿瘤和骨关节炎等。
它可以提供关于骨骼结构、骨骼肌肉的关系和动力学信息等。
骨骼核磁共振还可以评估关节软骨的损伤和退化,指导关节置换手术和康复计划。
6. 乳腺核磁共振检查乳腺核磁共振检查主要用于早期发现乳腺癌和乳腺疾病。
它可以提供关于乳腺结构、组织密度、肿块的形态和动态变化等信息,对于乳腺肿瘤的定位和分期非常有帮助。
7. 盆腔核磁共振检查盆腔核磁共振检查主要用于评估盆腔器官的解剖和病变,如子宫肌瘤、卵巢肿瘤和子宫内膜异位等。
简述核磁共振的原理核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是一种应用强磁场和电磁辐射的物理现象对原子核的性质进行研究的技术。
它被广泛用于化学、医学、材料科学等领域,尤其在生物医学中有着重要的应用。
核磁共振的原理基于原子核的自旋(spin)和匀强磁场之间的相互作用。
原子核自旋是原子核固有的一个量子力学性质,类似于自旋的概念,它具有角动量和磁矩。
在应用强磁场时,原子核的自旋会沿着磁场方向分裂成多个能级(Zeeman效应),这些能级之间可以通过吸收或发射电磁辐射的方式发生转变。
当核磁共振技术应用于实际的研究中时,通常需要构建一个恒定的强磁场,以及一个用于产生射频辐射的线圈。
样品中的原子核由于外加的强磁场而分裂成多个能级,其中低能级的核既可以吸收辐射,也可以发射辐射。
在核磁共振实验中,我们主要关注的是样品在吸收射频辐射时发生的转变。
当射频辐射和样品中的原子核共存时,它们之间发生相互作用,会导致能级之间的转变。
在核磁共振实验中,我们通常调节射频辐射的频率,使其接近样品中其中一种原子核的共振频率。
共振频率是一个特定原子核在给定强度的磁场中吸收或发射电磁辐射的频率。
当共振频率匹配时,样品中的原子核会吸收射频辐射能量并跃迁到高能级。
通过测量样品吸收辐射能量的方式,可以获得原子核的共振信号。
核磁共振信号是一个复数,由振幅和相位组成。
振幅表示吸收或发射的强度大小,而相位则表示核磁矩在旋转中的方向。
为了获得高质量的核磁共振信号,实验中通常会使用脉冲序列。
脉冲序列包含一系列射频脉冲和梯度磁场脉冲,可以精确控制信号的产生、操控和检测。
示例中的主要方法包括:1.均匀磁场:构建一个均匀且稳定的强磁场对原子核进行定向。
2.射频激励:通过射频脉冲使样品中的原子核跃迁到高能级。
3.梯度场:通过梯度场变化,使不同位置的原子核在不同时间接受射频激励。
4.接收信号:通过接收线圈接收样品中吸收或发射的射频辐射信号。
健康科普——核磁共振技术近些年来,随着医疗技术水平的不断提高,核心共振技术也有所进步。
提到磁共振检查,相信大家都不会感到陌生。
与其他的技术相比较而言,核磁共振技术能够及早发现病变、甄别良恶性质,无电离辐射等优势,被越来越多的人选择。
但是同时其也有一些不足之处,如检查时间长等。
今天就带大家来一起了解一下核磁共振技术吧。
1、什么是核磁共振技术核磁共振技术,即NMR,主要是一种通过基于磁性核子的磁性特性原理成像(核磁共振成像MRI),对人体疾病进行检查的物理分析技术。
现阶段,该技术在生物医学、材料科学、化学等多个领域都有广泛的应用。
2、核磁共振技术有哪些优缺点2.1优点通常情况下,核磁共振技术的优点主要包括以下几点:第一,没有辐射和X射线暴露的危险,且优于X线和CT检查。
因此,多被应用于生殖系统、乳房、孕妇及新生儿的疾病诊断方面;第二,具有良好的分辨力,优于CT检查,可以很好地分辨软组织和骨骼;第三,由于各种参数均可以用来成像,而多个成像参数能够提供更多、更丰富的数据信息,如肝炎、肝硬化、肝癌的T1值不同,如果做T1的加权图像,则可以有效的区别这三种疾病,而且还可以辨别疾病的良、恶性质;第三,可以有效地诊断心脏病变;第四,与CT只能获取人体长轴垂直横断面相比较而言,核磁共振技术可以通过调节磁场来自由的选择剖面。
2.2缺点MRI作为影像诊断,很多病变单凭MRI依旧是无法确诊的,不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断。
通常情况下,核磁共振技术的缺点主要包括以下几点:第一,检查费用相对较高;第二,空间分辨率较差;第三,检查时间相对较久,部分患者无法有效地配合医生检查;第四,噪音较大,可能会在一定程度上影响患者的听力。
3、核磁共振适应症有哪些第一,神经系统病变,如,肿瘤、梗死、出血、变性、先天畸形、感染等等;第二,脊髓脊椎的病变,如,脊椎的肿瘤、萎缩、变性、外伤椎间盘病变等等;第三,心脏大血管的病变,如心脏病、心包积液、心肌病等;第四,胸部病变,如纵隔内的肿物、淋巴结以及胸膜病变等,可以显示肺内团块与较大气管和血管的关系等;第五,腹部器官,如肝癌、肝血管瘤及肝囊肿的诊断与鉴别诊断,腹内肿块的诊断与鉴别诊断,尤其是腹膜后的病变。
核磁共振基本原理
核磁共振(NMR)是一种基于原子核的特性的物理现象。
它利用核自旋在外加磁场作用下的磁矩矢量在频率为共振频率的射频脉冲激励下发生能量吸收或放射,这种现象被称为核磁共振现象。
核磁共振基本原理可用经典物理学和量子力学来解释。
经典物理学视角下,原子核带有正电荷,并绕着自身轴线旋转,形成自旋磁矩。
当外加磁场施加到样品中时,磁矩会顺应磁场方向而取向。
然后,通过施加射频脉冲,可以使自旋发生共振,这样能量可以从脉冲中转移到样品中。
在量子力学角度下,原子核自旋有一个量子数,通常用I来表示。
自旋量子数决定了自旋磁矩的大小和方向。
当原子核处于磁场中时,它可以在两个能量态之间跃迁,形成能级结构。
这些能级之间的距离正好对应共振频率。
核磁共振的实验需要一个强而均匀的磁场,通常通过超导磁体来提供。
样品放置在磁场中,使样品中的原子核自旋取向于磁场方向。
然后,通过施加射频脉冲并改变频率,可以观察到能量的吸收和放射,进而得到核磁共振信号。
核磁共振技术在化学、生物学、医学等领域具有广泛的应用。
通过分析核磁共振谱图,可以确定物质的结构、组成以及动力学性质。
此外,核磁共振成像(MRI)是一种非侵入性的医学成像技术,可以用于检测人体内部的结构和功能,如诊断疾病和研究脑功能等。
总之,核磁共振是一种利用原子核的自旋磁矩在外加磁场和射频脉冲作用下发生能量吸收或放射的物理现象。
基于这一现象,核磁共振技术在许多领域中得到了广泛应用。
实验三十一核磁共振实验核磁共振,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。
1945年,美国哈佛大学的珀塞尔等人,报道了他们在石蜡样品中观察到质子的核磁共振吸收信号;1946年,美国斯坦福大学布洛赫等人,也报道了他们在水样品中观察到质子的核感应信号。
两个研究小组用了稍微不同的方法,几乎同时在凝聚物质中发现了核磁共振。
因此,布洛赫和珀塞尔荣获了1952年的诺贝尔物理学奖。
以后,许多物理学家进入了这个领域,取得了丰硕的成果。
目前,核磁共振已经广泛地应用到许多科学领域,是物理、化学、生物和医学研究中的一项重要实验技术。
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。
一、实验目的1.掌握核磁共振实验仪的使用。
2.学习由核磁共振实验仪测量不同样品中的氟核的旋磁比,朗德因子和核磁矩。
二、实验仪器核磁共振实验仪主要有磁铁、磁场扫描电源、边限振荡器以及外购示波器、频率计组成。
以下对各部分逐一介绍:(1)磁铁结构图1 磁铁结构示意图A——面板B——主体:起支撑线圈和磁钢,以及形成磁回路的作用;C——外板:用于调节磁隙;D——螺丝E——线圈:通过其施加扫描磁场;F——间隙:有效的工作区,样品置于其中;G ——磁钢:永磁铁;(2) 磁场扫描电源图2 磁场扫描电源示意图A ——扫描幅度调节旋钮:用于捕捉共振信号,顺时针调节扫描幅度增加;B ——电源开关:整个磁场扫描电源的通断电控制;C ——扫描输出接线柱:用叉片连接线连至磁铁面板接线柱;D ——X 轴幅度输出接线柱:用Q9叉片连接线接至示波器X 轴输出,观察李萨如图形;E ——电源线:接AC V 220 Hz 50输入;F ——边限振荡器电源输出:五芯航空插头,为边限振荡器提供工作电源;G ——X 轴幅度调节旋钮:用于扫描幅度的调节,顺时针调节幅度增大;H ——X 轴相位调节旋钮:用于信号相位的调节。
(3) 边限振荡器图3 边限振荡器示意图A ——频率粗调旋钮:用于共振频率的粗调,顺时针频率增加;B ——频率输出:接频率计,显示共振频率;C ——频率微调旋钮:用于共振频率的微调,顺时针频率增加;D ——共振信号输出:接示波器,观测共振信号;E ——电源输入:接磁场扫描电源的后面板“边限振荡器电源输出”;F ——探头:内有产生射频场的线圈,外部是起屏蔽作用的铜管,前面装被测样品;G ——幅度调节旋钮:用于调节射频场幅度,顺时针幅度增加;H ——幅度显示表:表头指示射频场幅度;I ——高度调节螺丝:用于调节探头在磁场中的空间位置。
三、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所对应的能量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。
由式(1)可以得到发生核磁共振的条件是πγν200B ⋅= (2) 满足式(2)的频率0ν称为共振频率。
如果用圆频率002πνω=表示,则共振条件可以表示为00B ⋅=γω (3)由式(3)可知,对固定的原子核,旋磁比γ一定,调节共振频率0ν和恒定磁场0B 两者或者固定其一调节另一个就可以满足共振条件,从而观察核磁共振现象。
FD-CNMR-II 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,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t B m ω'sin ,此时样品所在区域的实际磁场为t B B m ω'+sin 0。
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'+⋅= (4)图4 扫场法检测共振吸收信号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 +≤≤-00,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4-(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4-(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。
四、实验内容1. 观察水中氢核(即质子)的核磁共振现象,并比较纯水样品(5#)与水中加入少量顺磁离子的样品(如1#,2#,6#样品)以及与4#有机物丙三醇样品,核磁共振信号的变化;2. 如果核磁共振实验仪配有特斯拉计,通过其测量样品所在位置处的磁感应强度,根据频率计读出的共振频率,可以计算出样品的旋磁比,与标准值对照,验证满足共振条件00B ⋅=γω可以观察到核磁共振信号的结论3. 已知质子的旋磁比s T ⋅⨯=/106752.28γ,首先放入1#或者2#、5#、6#样品,调节并观察核磁共振信号,从频率计读出共振频率,根据共振条件00B ⋅=γω,求出此时的磁感应强度0B ,不改变样品在磁场中的位置,将样品换为3#氢氟酸样品,调节并观察氟的共振信号(注意:氟的核磁共振信号较小,应仔细调节),然后根据刚才得到的0B ,计算氟核的旋磁比F γ,朗德因子F g 和核磁矩F μ;4. 精确测量磁场(选作实验):核磁共振是精确测量磁场的方法之一,可以用来校准特斯拉计。
如果已知氢核(即质子)的旋磁比,测量共振频率,根据共振条件就可以求出磁感应强度,用计算值来校准特斯拉计;5. 放入共振信号较明显的样品,如1#和2#样品,观察信号尾波,移动探头在磁场中的空间位置,了解磁场均匀性对尾波的影响。
6. 李萨如图形的观测:以上观测全部采用示波器内扫法,观察到的是等间隔的共振吸收信号,也可以将扫场信号及共振信号同时输出至示波器,可以观察到对称的信号波形,调节频率及相位,使共振峰重合并处于中央位置,这时频率和磁场也满足条件00B ⋅=γω。
五、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-II 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。
仪器连线如图5所示。
图5核磁共振仪器连线图(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-II 型核磁共振仪配备了六种样品:1#——溶硫酸铜的水、 2#——溶三氯化铁的水、 3#——氢氟酸、4#——丙三醇、5#——纯水、6#——溶硫酸锰的水。
实验中,因为1#样品的共振信号比较明显,所以开始时应该用1#样品,熟悉了实验操作之后,再选用其他样品调节。
图6示波器观察核磁共振信号(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;(2)调节边限振荡器的频率“粗调”电位器,将频率调节至磁铁标志的H 共振频率附近,然后旋动频率调节“细调”旋钮,在此附近捕捉信号,当满足共振条件0B ⋅=γω。
时,可以观察到如图6所示的共振信号。
调节旋钮时要尽量缓慢,因为共振范围非常小,很容易跳过。
注:因为磁铁的磁感应强度随温度的变化而变化(成反比关系),所以应在标志频率附近MHz 1±的范围内进行信号的捕捉!(3)调出大致共振信号后,降低扫描幅度,调节频率“微调”至信号等宽,同时调节样品在磁铁中的空间位置以得到尾波最多的共振信号。
(4)测量氢氟酸、中氟原子核时,将测得的氢核的共振频率055.40577.42⨯÷,即得到氟的共振频率(例如:测量得到氢核的共振频率为20.000MHz ,则氟的共振频率为MHz MHz 815.18055.40577.42000.20=⨯÷)。
将氢氟酸样品放入探头中,将频率调节至磁铁上标志的氟的共振频率值,并仔细调节得到共振信号。
由于氟的共振信号比较小,故此时应适当降低扫描幅度(一般不大于V 3),这是因为样品的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的最佳射频幅度,在初次调试时应注意,否则信号太小不容易观测。
表1 部分样品的弛豫时间及最佳射频幅度范围样品弛豫时间(1T ) 最佳射频幅度范围 硫酸铜约0.1mS 3—4V 甘油约25mS 0.5—2V 纯水约2S 0.1—1V 三氯化铁约0.1mS 3—4V 氢氟酸(氟原子)约0.1mS 0.5—3V(三) 李萨如图形的观测以上采用示波器内扫法,观察到的是等间隔的共振吸收信号。
在前面信号调节的基础上,将磁场扫描电源前面板上的“X 轴输出”经Q9叉片连接线接至示波器的CH1通道,将边限振荡器前面板上“共振信号输出”用Q9线接至示波器的CH2通道,按下示波器上的“X-Y ”按钮,当磁场扫描到共振点时,就可以在示波器上观察到两个形状对称的信号波形,它对应于调制磁场一个周期内发生的两次核磁共振。