DOC《磁共振技术》

一、实验原理 根据磁共振原理,观察核磁共振现象,需要有一个均匀的磁场和一个角频率为的旋转磁场,,

并且满足 (1) ,称为旋磁比.对于氢核,焦耳/特斯拉,焦耳・秒,可计算出氢核旋磁比兆赫/特斯拉,故 特斯拉 (2) 式中频率的单位为兆赫,由式(2)可见,当发生氢核磁共振时,测出旋转磁场的频率,就可确定未知磁场的大小,这就是NMR方法测量磁场的原理. 根据式(1),观察磁共振吸收信号有两种方法.一种是扫频法,即磁场固定,让高频磁场角频率连续变化并通过共振区,当时,出现共振吸收峰;

另一种方法是扫场法,即把高频磁场角频率固定,让磁场连续变化并通过并振区,当时,出现共振吸收峰. 因扫场法在技术上较简单,本实验用扫场法,扫场电流为50Hz,对应扫场磁场,该磁场迭加在静磁场上,即(3) 当满足磁共振条件时,就观察到NMR信号.见图1所示.为共振磁场,扫场每一周内,可观察到的共振吸收峰不超过两个. 根据布洛赫稳态条件,静磁场变化(扫场)通过共振区所需时间远大于驰豫时间和,这是在示波器上可观察到稳态共振吸收信号如图2(a) 所示.如果扫场速度远非足够慢,不满足稳态条件,则观察到带有"尾波"的共振吸收信号如图2(b)所示.可以这样理解,当磁共振时,磁化强度矢量突然偏离方向,产生吸收峰.当或时,磁共振消失,而将围绕以螺旋方式恢复到方向.在这个过程中在垂直于平面的分量上,它使射频线圈产生的感应电动势是逐渐衰减的,因而在示波器上出现"尾波".

二、实验装置 NMR实验装置原理图如图3所示.静磁场由永磁体产生,并配以扫场线圈对,NMR电源供给50Hz可调的扫场电压,并供给探测器电源;

探测器包括边限振荡器和检波放大电路,探头是装有样品的振荡线圈,也是探测线圈;

样品为水和聚四氟乙烯,核磁共振是对水中的氢核和聚四氟乙烯中的氟核而言;

示波器用来观察共振信号.

三、实验内容和要求 1.质子NMR信号的观察 按图3连接线路,把装有水样品探头置于固定磁场中心处,并使探头线圈轴线与垂直.缓慢改变、ν和,直到示波器出现共振吸收信号,然后改变、ν和的大小,观察共振信号的位置、形状的变化并讨论. 2.磁场测量 使示波器上共振吸收信号等距,利用频率计测定NMR射频场的频率,由式(2)就可求得未知场的大小.用毫特拉计测出,并与NMR法结果相比较. 3.氟核()旋磁比的测量 当两种核对应同一大小静磁场发生共振时,由式(1)可得 分别调出射频和,若已知一种核的旋磁比,就可求得另一种核的旋磁比.用氢核()作标准,测定氟核()的旋磁比.

四、思考题 1.扫场(调制磁场)和旋转磁场是一回事吗?它们在观测取NMR信号中各起什么作 用? 2.测量静磁场时,为何要求示波器上NMR信号之间等距?此时,若改变扫场的大小,信号间距是否变化?试绘图说明. 参考资料(包括前言) [1]王金山,核磁共振波谱仪与实验技术,机械工业出版社,1982. [2]张孔时、丁慎训,物理实验教程(近代物理实验部分),清华大学出版社,1991. [3]A.C.Millisino,Experiments in Modern Physics, Academic Press, Inc.,1966.