核磁共振(NMR)实验 核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance),是指具有磁矩的原子核在静磁场中，受电 磁波（通常为射频电磁振荡波F)激发，而产生的共振跃迁现象. 1945年12月，美国哈佛大学珀塞尔(E.M.Purcell)等人，首先观察到石腊样品中质 子（即氢原子核）的核磁共振吸收信号.1946年1月，美国史丹福大学布珞赫(F.Bloch) 研究小组住在水样品中也观察到质子的核磁共振信号.两人由于这项成就，获得1952年诺 贝尔物理奖 核磁共振被证实之后，许多科学家加入研究的行列，使得此项技术迅速成为在物理、 化学、生物、地质、计量、医学等领域研究的强大工具，尤其是应用在医学诊断上的核磁 共振成像技术(MRI),是自X光发现以来医学诊断技术的重大进展， 核磁共振的相关技术仍在不断发展之中，其应用范围也在不断扩大，本实验通过用最 基本的核磁共振仪器操作，希望使同学能了解其基本原理和实验方法 【实验目的】 1.了解核磁共振基本原理： 2.观察核磁共振稳态吸收信号及尾波信号： 3.学习用核磁共振法校准恒定磁场B: 4.测量g因子. 【实验原理】 1.核磁矩 原子核具有自旋角动量P,根据量子力学原理，P不能连续变化，只能取离散值 P=√70+h (1) 式中1为自旋量子数，只能取0,1,2,3，…整数或1/2,3/2,5/2，…半整数：方=h2π， h为普朗克常数.本实验的样品氢和氟的I都是12.同样的，自旋角动量在空间某一方向 上如Z的分量的取值也不能连续变化，只能取分立值 P2 =mh (2) 其中m只能取，1-1，…，-1+1，-1共(21+1)个值， 自旋角动量P不为零的原子核具有相应的核自旋磁矩！，简称核磁矩，核磁矩大小为 μ=82M (3) 式中e为质子的电荷，M为质子的质量，g是一个无量纲的量，称“核g因子”，又称朗德 因子.数值取决于原子核的结构，不同的原子核，g的数值是不同的，符号可能为正，也
1 核磁共振(NMR)实验 核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance），是指具有磁矩的原子核在静磁场中，受电 磁波（通常为射频电磁振荡波 RF）激发，而产生的共振跃迁现象． 1945 年 12 月，美国哈佛大学珀塞尔（E. M. Purcell）等人，首先观察到石腊样品中质 子（即氢原子核）的核磁共振吸收信号．1946 年 1 月，美国史丹福大学布珞赫（F. Bloch） 研究小组住在水样品中也观察到质子的核磁共振信号．两人由于这项成就，获得 1952 年诺 贝尔物理奖． 核磁共振被证实之后，许多科学家加入研究的行列，使得此项技术迅速成为在物理、 化学、生物、地质、计量、医学等领域研究的强大工具，尤其是应用在医学诊断上的核磁 共振成像技术（MRI），是自 X 光发现以来医学诊断技术的重大进展． 核磁共振的相关技术仍在不断发展之中，其应用范围也在不断扩大，本实验通过用最 基本的核磁共振仪器操作，希望使同学能了解其基本原理和实验方法． 【实验目的】 1．了解核磁共振基本原理； 2．观察核磁共振稳态吸收信号及尾波信号； 3．学习用核磁共振法校准恒定磁场 B0； 4．测量 g 因子． 【实验原理】 1．核磁矩 原子核具有自旋角动量 P，根据量子力学原理，P 不能连续变化，只能取离散值 P = I(I + 1) （1） 式中 I 为自旋量子数，只能取 0，1，2，3，…整数或 1/2， 3/2，5/2，…半整数；ћ=h/2π， h 为普朗克常数．本实验的样品氢和氟的 I 都是 1/2．同样的，自旋角动量在空间某一方向 上如 Z 的分量的取值也不能连续变化，只能取分立值 P m Z = （2） 其中 m 只能取 I，I -1，…，-I +1，-I 共（2I +1）个值． 自旋角动量 P 不为零的原子核具有相应的核自旋磁矩m ，简称核磁矩，核磁矩大小为 P M e g 2 m = （3） 式中 e 为质子的电荷，M 为质子的质量，g 是一个无量纲的量，称“核 g 因子”，又称朗德 因子．数值取决于原子核的结构，不同的原子核，g 的数值是不同的，符号可能为正，也
可能为负。 原子核的磁矩可以指向任意方向，如无外界作用，它们的指向没有限制.核磁共振测 量的第一步是通过安置一块大型磁铁来形成一个强磁场，然后将原子置于其中，这将使原 子核按一定方式重新排列. 设外界静磁场B为Z方向，当磁矩不为零的原子核处在外界静磁场B中时，与外磁场 发生作用，核自旋磁矩在Z方向的分量为 he 4=3P:=gm M=gmHy (4) 式中4，称为核磁子，常用作度量核磁矩大小的单位.我们引入核磁矩与自旋角动量之比 Y=4/P 5) 相应地有： uz=yPz =y mh (6) 2.能级分裂与共振跃迁 在外磁场B中，原子核的磁矩与其作用能为 E=-μ·B=-42B=-yP2B=-ymhB (7) 因m只能取(21+1)个值，从而原来简 m=-1/2 并的同一能级分裂成(21+1)个能级.因子 能级的能量与量子数m有关，所以m又称 为磁量子数，能量间隔为：△E=yB.对 m=1/2 质子，I=1/2,因此m只取m=1/2和m= B=0 B≠0 -12,其能级变化如图1所示. 如果在与B垂直的平面上加一个高频 磁场，当磁场的频率满足hv=△E时，就会 图1在外磁场下，核磁矩能级分裂(1=12) 引起原子核在上下能级之间的跃迁.这种跃迁称为共振跃迁.当发生共振跃迁时有 △E=hv=ho=yB (8) 因此有 Y=@/B (9) 这是一个可测量的物理量，其意义是在共振时，单位磁感应强度下的共振频率.对于 裸露的质子，共振频率f=y2π=42.577469MHzT.但在原子或分子中，由于原子核受 附近电子轨道的影响使核所处的磁场发生变化，导致在完全相同的外磁场下，不同化学结 构的核磁共振频率不同.y2π值将略有差别，这种差别称为化学位移.这在化学领域中有 着重要的应用.这个高频磁场通常由一个绕在原子核样品外的线圈产生，线圈由信号源驱
2 可能为负． 原子核的磁矩可以指向任意方向，如无外界作用，它们的指向没有限制．核磁共振测 量的第一步是通过安置一块大型磁铁来形成一个强磁场，然后将原子置于其中，这将使原 子核按一定方式重新排列． 设外界静磁场 B 为 Z 方向，当磁矩不为零的原子核处在外界静磁场 B 中时，与外磁场 发生作用，核自旋磁矩在 Z 方向的分量为 z z N gm M e P gm M e m = g = = m 2 2 （4） 式中m N 称为核磁子，常用作度量核磁矩大小的单位．我们引入核磁矩与自旋角动量之比g g = m / P （5） 相应地有： P m Z Z m = g = g （6） 2．能级分裂与共振跃迁 在外磁场 B 中，原子核的磁矩与其作用能为 E = -μ× B =- m Z B = -g PZ B = -g mB （7） 因 m 只能取（2I +1）个值，从而原来简 并的同一能级分裂成（2I +1）个能级．因子 能级的能量与量子数 m 有关，所以 m 又称 为磁量子数，能量间隔为：ΔE = g B ．对 质子，I = 1/2，因此 m 只取 m = 1/2 和 m = -1/2，其能级变化如图 1 所示． 如果在与 B 垂直的平面上加一个高频 磁场，当磁场的频率满足 hn =ΔE 时，就会 引起原子核在上下能级之间的跃迁．这种跃迁称为共振跃迁．当发生共振跃迁时有 ΔE = hn = w = g B （8） 因此有 g =w / B （9） 这是一个可测量的物理量，其意义是在共振时，单位磁感应强度下的共振频率．对于 裸露的质子，共振频率 f = g /2π = 42.577469 MHz/T．但在原子或分子中，由于原子核受 附近电子轨道的影响使核所处的磁场发生变化，导致在完全相同的外磁场下，不同化学结 构的核磁共振频率不同．g /2π值将略有差别，这种差别称为化学位移．这在化学领域中有 着重要的应用．这个高频磁场通常由一个绕在原子核样品外的线圈产生，线圈由信号源驱 图 1 在外磁场下，核磁矩能级分裂（I = 1/2）
动. 一个高速旋转的陀螺，当自转轴与重力方向不平行时，其自转轴会绕着重力方向缓慢 旋转，这种行为称为进动.从经典物理学的角度看，这种行为与原子核在外磁场作用下的 行为很相似，原子核就象一个有一定质量的高速旋转的小磁条，在不平行于自转轴的外磁 场B作用下发生进动，我们将看到4在与B垂直的X-Y平面上的投影分量在旋转，其转轴 平行与Z轴。这个旋转角频率正是。，旋转频率取决于原子核的属性以及外磁场的大小。 所以y又称为旋磁比。 3.共振信号 根据波尔兹曼的粒子数能级分布原理，在没有共振跃迁时，处在低能级的原子核数要 多于处在高能级的原子核数.当发生共振跃迁时，由于低能级往高能级跃迁的原子核数要 多于高能级往低能级跃迁的原子核数，所以净效果是使系统从外部磁场中吸收能量.磁场 强度越大，能级间隔越大，高低能级的原子核数之差也越大，因而信号也越强， 这个使外部高频磁场能量发生变化的过程是可以检测到的.为了能够产生一个能量状 态变化的过程，有两种方法：一种是固定磁场B。,连续改变高频磁场的频率，这种方法称 为扫频法：另一种方法是固定高频磁场的频率，在共振磁场强度附近连续改变场强，扫过 共振点，这种方法称为扫场法.这种方法需要在平行于静磁场的方向上迭加一个较弱的交 变磁场，简称扫场.本实验用的是后一种方法 在连续改变时，要求缓慢地通过共振点，这个缓慢是相对原子核的驰豫时间而言的.图 2给出了扫场频率为50Hz时，外磁场随时间的变化及相应的共振信号的关系.从图中可 知道，磁场的变化范围是B=B。±B，即能级间距也对应在改变，所以有一个捕捉范围.当 改变激发频率使∫进入捕捉范围时，就能发生共振.这时的共振信号的间隔可能是不等 的，如果继续调整频率使得共振信号的排列等间距，那么扫场就不参与共振，从而可确 定固定磁场B,的大小 B=B+B'cosa 20mS* 图2扫场、静磁场与共振信号的关系 本实验的扫场参数是频率为50Hz、幅度为10~103T.,对固体样品聚四氟乙烯来说， 这是一个变化很缓慢的磁场.其吸收信号如图3()所示.而对液态水样品来说却是一个 变化较快的磁场，其观察到的不再是单纯的吸收信号，将会产生拖尾现象，如图3(b)所 示.磁场越均匀，尾波中振荡次数越多.但如果水样品非常纯，反而看不到信号，或信号 很小.这是因为相对而言，纯水的驰豫时间太长（约2秒），原子核都被抽运到高能级达到
3 动． 一个高速旋转的陀螺，当自转轴与重力方向不平行时，其自转轴会绕着重力方向缓慢 旋转，这种行为称为进动．从经典物理学的角度看，这种行为与原子核在外磁场作用下的 行为很相似，原子核就象一个有一定质量的高速旋转的小磁条，在不平行于自转轴的外磁 场 B 作用下发生进动，我们将看到m 在与 B 垂直的 X-Y 平面上的投影分量在旋转，其转轴 平行与 Z 轴。这个旋转角频率正是w ，旋转频率取决于原子核的属性以及外磁场的大小。 所以g 又称为旋磁比。 3．共振信号 根据波尔兹曼的粒子数能级分布原理，在没有共振跃迁时，处在低能级的原子核数要 多于处在高能级的原子核数．当发生共振跃迁时，由于低能级往高能级跃迁的原子核数要 多于高能级往低能级跃迁的原子核数，所以净效果是使系统从外部磁场中吸收能量．磁场 强度越大，能级间隔越大，高低能级的原子核数之差也越大，因而信号也越强． 这个使外部高频磁场能量发生变化的过程是可以检测到的．为了能够产生一个能量状 态变化的过程，有两种方法：一种是固定磁场 B0 ，连续改变高频磁场的频率，这种方法称 为扫频法；另一种方法是固定高频磁场的频率，在共振磁场强度附近连续改变场强，扫过 共振点，这种方法称为扫场法．这种方法需要在平行于静磁场的方向上迭加一个较弱的交 变磁场，简称扫场．本实验用的是后一种方法． 在连续改变时，要求缓慢地通过共振点，这个缓慢是相对原子核的驰豫时间而言的．图 2 给出了扫场频率为 50 Hz 时，外磁场随时间的变化及相应的共振信号的关系．从图中可 知道，磁场的变化范围是 ' B =B0±B ，即能级间距也对应在改变，所以有一个捕捉范围．当 改变激发频率 f，使 f 进入捕捉范围时，就能发生共振．这时的共振信号的间隔可能是不等 的，如果继续调整频率 f，使得共振信号的排列等间距，那么扫场就不参与共振，从而可确 定固定磁场 B0 的大小． g pv B 2 = B B B t = O + 'cosw 图 2 扫场、静磁场与共振信号的关系 本实验的扫场参数是频率为 50 Hz、幅度为 10-5～10-3 T．，对固体样品聚四氟乙烯来说， 这是一个变化很缓慢的磁场．其吸收信号如图 3（a）所示．而对液态水样品来说却是一个 变化较快的磁场，其观察到的不再是单纯的吸收信号，将会产生拖尾现象，如图 3（b）所 示．磁场越均匀，尾波中振荡次数越多．但如果水样品非常纯，反而看不到信号，或信号 很小．这是因为相对而言，纯水的驰豫时间太长（约 2 秒），原子核都被抽运到高能级达到
饱和，以至再次扫过共振点时，低能级不再有大量的原子核可以被抽运.这样就很难检测 到能量的变化了.为了减少水样品的驰豫时间，可以在水中掺入一些离子.至于这样为什 么做会减少驰豫时间，己超出了本实验的范围，可以参考有关资料. 需要指出的是，上面所说的是连续法.这种方法会导致频率分辨率下降，而且不能测 量驰豫时间，所以在实际应用中基本不用，但这并不影响对核磁共振原理的理解.另外一 种探测方法是脉冲法，这种方法分辨率高，能测量驰豫时间，所以广泛应用于物理、化学、 生物等领域， (a) (b) 图3不同样品的共振信号 3.探测器 探头由样品盒和电路盒组成，样品呈柱状，产生高频磁场的线圈绕在外边.线圈绕轴 平行于永久磁铁.这个线圈是自激振荡回路的一部分，它既作发射线圈，也作接收线圈.其 原理如下： 一般说，我们希望振荡器工作稳定，不受外界条件变化的影响。但在这里，我们希望 振荡器对外界的变化敏感，可探知样品的状态变化.所以，电路盒中的振荡器不是工作在 稳幅振荡状态，而是工作在刚刚起振的边缘状态，因此又称为边限振荡器.它的特点是电 路参数的任何变化都会引起振荡幅度明显变化.当发生共振时，样品要吸收磁场能量，导 致线圈的品质因数Q值下降.Q值的下降，引起振荡幅度的变化.检出振荡波形的包络线， 这个变化就是共振信号，经放大后就可送到示波器观察.电路盒上有两个调节旋钮，一个 是“频率调节”，用来改变振荡频率，可用数字频率计监测频率；一个是“幅度调节”，用 来调节电路的工作状态，使得输出幅度最大，在幅度调节时，振荡频率会略有变化.信号 最后从“检波输出”端送出。 【实验仪器】 1.实验装置 实验装置见图3，它由永久磁铁、扫场线圈、探头（含电路盒和样品盒）、数字频率计、 示波器、可调变压器和220V6V变压器组成.其作用如下：
4 饱和，以至再次扫过共振点时，低能级不再有大量的原子核可以被抽运．这样就很难检测 到能量的变化了．为了减少水样品的驰豫时间，可以在水中掺入一些离子．至于这样为什 么做会减少驰豫时间，已超出了本实验的范围，可以参考有关资料． 需要指出的是，上面所说的是连续法．这种方法会导致频率分辨率下降，而且不能测 量驰豫时间，所以在实际应用中基本不用，但这并不影响对核磁共振原理的理解．另外一 种探测方法是脉冲法，这种方法分辨率高，能测量驰豫时间，所以广泛应用于物理、化学、 生物等领域． 3．探测器 探头由样品盒和电路盒组成，样品呈柱状，产生高频磁场的线圈绕在外边．线圈绕轴 平行于永久磁铁．这个线圈是自激振荡回路的一部分，它既作发射线圈，也作接收线圈．其 原理如下： 一般说，我们希望振荡器工作稳定，不受外界条件变化的影响。但在这里，我们希望 振荡器对外界的变化敏感，可探知样品的状态变化．所以，电路盒中的振荡器不是工作在 稳幅振荡状态，而是工作在刚刚起振的边缘状态，因此又称为边限振荡器．它的特点是电 路参数的任何变化都会引起振荡幅度明显变化．当发生共振时，样品要吸收磁场能量，导 致线圈的品质因数 Q 值下降．Q 值的下降，引起振荡幅度的变化．检出振荡波形的包络线， 这个变化就是共振信号，经放大后就可送到示波器观察．电路盒上有两个调节旋钮，一个 是“频率调节”，用来改变振荡频率，可用数字频率计监测频率；一个是“幅度调节”，用 来调节电路的工作状态，使得输出幅度最大，在幅度调节时，振荡频率会略有变化．信号 最后从“检波输出”端送出． 【实验仪器】 1．实验装置 实验装置见图 3，它由永久磁铁、扫场线圈、探头（含电路盒和样品盒）、数字频率计、 示波器、可调变压器和 220 V/6 V 变压器组成．其作用如下： （a） （b） 图 3 不同样品的共振信号
6 1 永久磁铁 2. 扫场线圈 3. 电路盒 4. 振荡线圈及样品 5. 数字频率计 6.示波器 7. 可调示波器 220V AC 8.6V变压器 图4简易核磁共振仪 2.永久磁铁：对永久磁铁要求有强的磁场和足够大的匀场区，本实验用的磁场强度约 为0.5T,中心区(5mm)均匀性优于10. 3.扫场线圈：产生一个可变幅度的扫场 4.探头（含电路盒和样品盒）：有两个探头，一个是参有三氯化铁的水样品，一个是 固体样品聚四氟乙烯 5.可调变压器和220V6V变压器：用来调节扫场线圈的电流，220V6V还有隔离作 用 【实验内容】 1.标定样品所处位置的磁场强度B0 将样品盒放在永久磁铁的中心区.观察掺有三氯化铁的水中质子的磁共振信号，测出 样品在永久磁铁中心时质子的共振频率，对于温度为25℃球形容器中水样品的质子，旋 磁比为：y2π=42.576375MHzT,从而由公式：2Tv=yB计算样品所处位置的磁场强 度B0. 由图2可知，外加总磁场为 B=B。+B'cos wt (10) 这里的B′是扫场的幅度，®是扫场的圆频率.可能发生共振的频率范围应落在B。士B'之 间.在开始调试时，可以把扫场的幅度加大，这样便于共振频率的寻找。因为我们要确定 的磁场是B,因此必须让共振点发生在扫场过零处，即图2中扫场与线b的交点上.易知， 这时的共振信号为等分间隔，且间隔为l0mS. 在示波器上严格地分辨等分间隔是不容易的，这里有一个方法，从图2可以看出，当 共振点不在扫场过零处时，改变扫场幅度会导致共振信号成对的靠近或分开.只有当共振 点恰巧在扫场过零处时，不论扫场幅度加大或减小，共振信号都不会移动.所以可以在共 振信号大致等间隔后用这种方法细调 对于计算B的测量误差，我们可以用两边夹的方法来确定.从图2可知，共振频率的 上下限由扫场的振幅决定，所以在能分辨共振信号的前提下，我们尽量减小振幅.调整共 振频率，使共振信号两两合并，为20S等间隔.然后测出共振频率的上下限v,和v2,由
5 图 4 简易核磁共振仪 2．永久磁铁：对永久磁铁要求有强的磁场和足够大的匀场区，本实验用的磁场强度约 为 0.5 T，中心区（5 mm 3）均匀性优于 10-5． 3．扫场线圈：产生一个可变幅度的扫场． 4．探头（含电路盒和样品盒）：有两个探头，一个是掺有三氯化铁的水样品，一个是 固体样品聚四氟乙烯． 5．可调变压器和 220 V/6 V 变压器：用来调节扫场线圈的电流，220 V/6 V 还有隔离作 用． 【实验内容】 1．标定样品所处位置的磁场强度 B0 将样品盒放在永久磁铁的中心区．观察掺有三氯化铁的水中质子的磁共振信号，测出 样品在永久磁铁中心时质子的共振频率 v．对于温度为 25 ℃球形容器中水样品的质子，旋 磁比为：g /2π = 42.576375 MHz/T，从而由公式：2πv = g B 计算样品所处位置的磁场强 度 B0． 由图 2 可知，外加总磁场为 B B B coswt 0 = + ¢ （10） 这里的 B¢ 是扫场的幅度，w是扫场的圆频率．可能发生共振的频率范围应落在 B ± B¢ 0 之 间．在开始调试时，可以把扫场的幅度加大，这样便于共振频率的寻找．因为我们要确定 的磁场是 B0，因此必须让共振点发生在扫场过零处，即图 2 中扫场与线 b 的交点上．易知， 这时的共振信号为等分间隔，且间隔为 10 mS． 在示波器上严格地分辨等分间隔是不容易的，这里有一个方法，从图 2 可以看出，当 共振点不在扫场过零处时，改变扫场幅度会导致共振信号成对的靠近或分开．只有当共振 点恰巧在扫场过零处时，不论扫场幅度加大或减小，共振信号都不会移动．所以可以在共 振信号大致等间隔后用这种方法细调． 对于计算 B0的测量误差，我们可以用两边夹的方法来确定．从图 2 可知，共振频率的 上下限由扫场的振幅决定，所以在能分辨共振信号的前提下，我们尽量减小振幅．调整共 振频率，使共振信号两两合并，为 20 mS 等间隔．然后测出共振频率的上下限 v1 和 v2，由
式(11)可计算扫场振幅 B'=山-y/2 (11) y/2π 实际上，共振信号等间隔排列的判断误差一般不超过10%，因此△B,可取上式的110，即 △B= B' (12) 10 从而有 B=B±△B (13) 2.求氟核1℉的旋磁比yF 观察并记录固态聚四氟乙稀样品中氟核的磁共振信号，测出样品处在与水样品相同磁 场位置时的氟核的共振频率.因已测得B,所以由以上公式可算得氟核的旋磁比yF 3.计算朗德因子g: 由旋磁比定义：y= 2π弘，可计算出氟核的g因子.这里4、是核磁子：4=3.1524515 ×1014MeV/T:h是普朗克常数，4/h=7.6225914MHz/T. 相对误差为 E (14) g 式中△V=的求法与计算B时类似.B。和△B。利用所测的结果. 4.磁场的均内性 加大扫场，以一定间隔移动探头，从最左到最右，观察并记录水样品共振信号的变化， 以最佳信号点的磁场作为分母，绘制各点磁场相对于最佳点的变化曲线（不要忘了记录磁 场的编号. 5.选做内容 实验室提供纯水样品，可以观察纯水的核磁共振信号，移动样品在磁场中的位置，同 时调节频率，观察并记录信号的变化 【注意事项】 1.由于扫场的信号从市电取出，频率为50Hz.每当50Hz信号过零时，样品所处的 磁场就是恒定磁场B,所以应先加大扫场信号，让总磁场有较大幅度的变化范围，以利于 找到磁共振信号.然后调整频率. 2.样品在磁场的位置很重要，应保证处在磁场的几何中心，除非有其它要求 3.调节时要缓慢，否则NMR信号一闪而过 4.轻拿轻放，实验完成后立即关闭电源，以免电池空耗. 6
6 式（11）可计算扫场振幅 ( ) / 2π / 2 1 2 g n -n B¢ = （11） 实际上，共振信号等间隔排列的判断误差一般不超过 10%，因此ΔB0可取上式的 1/10，即 10 Δ B B ¢ = （12） 从而有 B =B0±DB （13） 2．求氟核 19F 的旋磁比g F 观察并记录固态聚四氟乙稀样品中氟核的磁共振信号，测出样品处在与水样品相同磁 场位置时的氟核的共振频率．因已测得 B0，所以由以上公式可算得氟核的旋磁比g F． 3．计算朗德因子 g： 由旋磁比定义： h g 2πm N g = ，可计算出氟核的 g 因子．这里m N 是核磁子：m N =3.1524515 ×10-14 MeV/T；h 是普朗克常数，m N / h = 7.6225914 MHz/T． 相对误差为 2 0 0 2 Δ Δ g Δ ÷ ÷ ø ö ç ç è æ + ÷ ÷ ø ö ç ç è æ = = B g B E F F n n （14） 式中Δn F 的求法与计算 B¢ 时类似． B0 和ΔB0 利用所测的结果． 4．磁场的均匀性 加大扫场，以一定间隔移动探头，从最左到最右，观察并记录水样品共振信号的变化， 以最佳信号点的磁场作为分母，绘制各点磁场相对于最佳点的变化曲线（不要忘了记录磁 场的编号）． 5．选做内容 实验室提供纯水样品，可以观察纯水的核磁共振信号，移动样品在磁场中的位置，同 时调节频率，观察并记录信号的变化． 【注意事项】 1．由于扫场的信号从市电取出，频率为 50 Hz．每当 50 Hz 信号过零时，样品所处的 磁场就是恒定磁场 B0．所以应先加大扫场信号，让总磁场有较大幅度的变化范围，以利于 找到磁共振信号．然后调整频率． 2．样品在磁场的位置很重要，应保证处在磁场的几何中心，除非有其它要求． 3．调节时要缓慢，否则 NMR 信号一闪而过． 4．轻拿轻放，实验完成后立即关闭电源，以免电池空耗．
5.请勿打开样品盒： 6.调节扫场幅度的可调变压器的调节范围为0~100V. 【思考题】 1.本实验中有几个磁场？它们的相互方向有什么要求？ 2.在核磁共振成像技术中，要确定空间每一点的共振信号，但又无法插入探头，这时 对磁场的结构有一定的要求，请试提出您的想法. 3.仔细观察尾波，可发现除了幅度逐渐减小外，峰与峰的间隔越来越密，而且间隔随 扫场的幅度而变，试解释之· 4.在△B的计算中，为什么在假定共振信号等间隔排列的判断误差不超过10%的条件 下，△B可按式(12)估计？ 【参考文献】 [山]吕斯骅，段家忯.近代物理实验.北京：北京大学出版社 [2]王金山.核磁共振谱仪.机械工业出版社 [3]杨福家.原子物理学.上海：复旦大学出版社 7
7 5．请勿打开样品盒． 6．调节扫场幅度的可调变压器的调节范围为 0～100 V． 【思考题】 1．本实验中有几个磁场？它们的相互方向有什么要求？ 2．在核磁共振成像技术中，要确定空间每一点的共振信号，但又无法插入探头，这时 对磁场的结构有一定的要求，请试提出您的想法． 3．仔细观察尾波，可发现除了幅度逐渐减小外，峰与峰的间隔越来越密，而且间隔随 扫场的幅度而变，试解释之． 4．在ΔB 的计算中，为什么在假定共振信号等间隔排列的判断误差不超过 10%的条件 下，ΔB0可按式（12）估计？ 【参考文献】 [1] 吕斯骅，段家忯．近代物理实验．北京：北京大学出版社 [2] 王金山．核磁共振谱仪．机械工业出版社 [3] 杨福家．原子物理学．上海：复旦大学出版社
