核磁共振实验报告指导书
一、实验目的
1．了解核样共振的基本原理
2．学习利用核磁共振测量磁场强度和原子核的g 因子的方法 二、实验装置
示波器、边限振荡器、频率计、电源、样品、扫场线圈、永久磁铁、频率计 三、实验原理
1．核磁共振现象与共振条件
原子的总磁矩j μ和总角动量j P 存在如下关系
22B j j j j
e e
g
P g P P m h
πμμγ=-==
e B e e m μγ为朗德因子，、是电子电荷和质量，称为玻尔磁子，
为原子的旋磁比
对于自旋不为零的原子核，核磁矩j μ和自旋角动量j P 也存在如下关系
22N I N
I N I I p e
g P g P P m h
πμμγ=-== 按照量子理论，存在核自旋和核磁矩的量子力学体系，在外磁场0B 中能级将发生赛曼分裂，相邻能级间具有能量差E ∆，当有外界条件提供与E ∆相同的磁能时，将引起相邻赛曼能级
之间的磁偶极跃迁，比如赛曼能级的能量差为02B h
E γπ
∆=的氢核发射能量为h ν的光子，当
0=2B h
h γνπ
时，氢核将吸收这个光子由低塞曼能级跃迁到高塞曼能级，这种共振吸收跃迁现象
称为“核磁共振”
由上可知，核磁共振发生和条件是电磁波的圆频率为
00B ωγ=
2．用扫场法产生核磁共振
在实验中要使0=2B h
h γνπ
得到满足不是容易的，因为磁场不是容易控制，因此我们在一个
永磁铁0B 上叠加一个低频交谈磁场sin m B B t ω=，使氢质子能级能量差()0sin 2m h
B B t γωπ
+有一
个变化的区域，调节射频场的频率ν，使射频场的能量h ν能进入这个区域，这样在某一瞬间等式()0sin 2m h B B t γωπ
+总能成立。

如图， 由图可知，当共振信号非等间距时共振点处()0sin 2m h
B B t γωπ+，sin m B t ω未知，无法利
用等式求出0B 的值
调节射频场的频率ν使共振信号等间距时，共振点处sin =0m B t ω，0=
2B h
h γνπ
，0B 的值便可
求出
四、实验内容
1、已知质子的旋磁比s T ⋅⨯=/106752.28γ，首先放入1#或者2#、5#、6#等样品，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 。

2、不改变磁场，将样品换为3#氟碳样品，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 。

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 —I 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。

（1）首先将探头旋进边限振荡器后面指定位置，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，实验中可任选一组），并经磁场扫描电源机箱后面板上的接线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线线接频率计的A 通道(频率计的通道选择：A 通道，即1HZ —100MHZ;FUNCTION 选择：FA;GATETIME 选择：1S)；
（4）移动边限震荡器将探头连同样品放入磁场中，并调节边限振荡器机箱低部四个调节螺丝，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 —I 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＃—氟碳、４＃一两三醇、５＃—纯水、6＃一溶硫酸锰的水。

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。

（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（2—10）所示的共振信号。

调节旋钮时要尽量慢，因为共振范围非常小，很容易跳过。

六、实验数据处理
1）第一组实验记录 实验条件：
样品 硫酸铜样品
示波器参数 扫描电压 V 1
扫描时间 ms 2
示波器观察到信号如图：
数据记录如下表示（其中U为射频场幅度，f为频率）：
2）第二组实验记录
实验条件：
样品氟碳
示波器参数扫描电压V5.0
扫描时间ms
2示波器观察到信号如图：
数据记录如下表示（其中U 为射频场幅度，f 为频率）：
(1) 以4CuSO 样品为例，由公式02N
f
B πγ=
可计算出0B 的值
已知氢核的旋磁比82.675210/N Hz T γ=⨯
(2) 根据氟碳的样品的数据，计算氟核的旋磁比
2F f
B πγ⋅=
= 根据旋磁比可以计算出朗德g 因子为
221406.58212201023.1524516610N h f f g B B πμ--⋅⨯⨯⨯===⨯⨯
其他样品可以类似计算出。

其中核磁子143.152451510/N MeV T μ-=⨯，h 为普朗克常数，7.6225914/N h MHz T μ=。