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实验三核磁共振
0 前言
核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象。本实验的样品在外磁场中,外磁场使样品核能级因核自旋不同的取向而分裂,在数千高斯外磁场下核能级的裂距一般在射频波段,样品在射频电磁波作用下,粒子吸收电磁波的能量,从而产生核能级的跃迁。1932年发现中子后,才认识到核自旋是质子自旋和中子自旋之和,质子和中子都是自旋角动量为的费米子,只有质子数和中子数两者或其一为奇数时,核才有非零的核磁矩,正是这种磁性核才能产生核磁共振。
核磁共振的发展及应用:
1、。
2、,创立核磁精密测量新方法---核子磁力测量法,共同获得1952年诺贝尔物理学奖。
3、,并在化学、生物、医学上的广泛应用获得1991年诺贝尔化学奖。
4、瑞士科学家库尔特·üthrich因发展了确定溶液中生物大分子的三维结构的磁共振谱技术,获得2002年获诺贝尔化学奖。
5、美国科学家保罗*C*劳特伯(Paul C Lauterbur)和英国的皮特*曼斯菲尔德(Peter Mansfield)在核磁共振成象(MRI)方面研究工作,在医用诊断、功能成像、活体波谱、显微成像广泛应用共同获得2003年医学/生理学奖。
核磁共振信号可提供物质结构的丰富信息,如谱线的宽度、形状、面积、谱线在频率或磁场刻度上的准确位置、谱线的精细结构、超精细结构、弛豫时间等,加之是对样品的无损测量,广泛应用分子结构的确定、液相和固相的动力学研究、医用诊断、固体物理学、分析化学、分子生物学等领域,是确定物质结构、组成和性质的重要实验方法。核磁共振方法还是磁场测量和校准磁强计的标准方法之一,其不确定度可达%。
1 实验目的
(1)掌握核磁共振的实验原理和方法。
(2)用核磁共振方法校准外磁场,测量氟核的因子以及横向驰豫时间。
2 实验原理
质子和中子都是自旋角动量为的费米子,只有当质子数和中子数两者为奇数或者其中之一为奇数时,核才有非零的核磁矩,具有磁矩的核放在磁场中才会出现磁共振现象。
中子数和质子数均为偶数,核自旋量子数为零,如、原子核等,此类原子核不能产生核磁共振;中子数与质子数其一为奇数,核自旋量子数为半整数,如、的原子核等,此类原子核能产生核磁共振;中子数与质子数均为奇数,核自旋量子数为整数,如原子核等,此类原子核能产生核磁共振。
我们知道,原子中电子的能量不能连续变化,只能取分立的数值,在微观世界中物理量只能取分立数值。原子核自旋角动量也不能连续变化,也只能取分立值,其中称为自旋量子数,取0,l,2,3,…等整数值或l/2,3/2,5/2,…等半整数值,公式中的,而为普朗克常数,对不同的核素,分别有不同的确定值,本实验涉及水的质子和氟核的自旋量子数都等于l/2,类似地原子核的自旋角动量在空间某一方向,例如z方向的分量也不能连续变化,只能取分立的数值,其中磁量子数只能取,,…,,-等()个数值。
自旋角动量不为零的原子核具有与之相联系的核自旋磁矩,简称核磁矩,其大小为
(3—1)
其中e为质子的电荷,为质