核磁共振實驗報告

1、核磁共振實驗報告姓名：任宇星 班級：F1407204（致遠物理） 學號：5140729003指導老師：楊文明 實驗日期：2016.5.6一、 實驗目的1了解核磁共振基本原理；2觀察核磁共振穩(wěn)態(tài)吸收信號及尾波信號；3用核磁共振法校準恒定磁場B0；4測量朗德因子g。二、 實驗儀器數(shù)字頻率計、示波器、永久磁鐵、掃場線圈、探頭（含電路盒和樣品盒）、可調變壓器、220 V/6 V 變壓器、NM120 臺式核磁共振成像儀；聚四氟乙烯、水（摻有雜質）、食用油、乙醇、純凈水樣品。三、 實驗原理1、 核磁共振原理及條件原子的總磁矩j和總角動量Pj存在如下關系：其中g為朗德因子，B為波爾磁子，為原子的旋磁比。對于

2、自旋不為0的粒子，原子的總磁矩j和總角動量Pj也存在上述關系。按照量子理論，原子核存在核自旋和核磁矩，在外磁場 B 中能級將發(fā)生賽曼分裂。記相鄰能級間具有能量差E，當有外界條件提供與E相同的磁能時，將引起相鄰賽曼能級之間的磁偶極躍遷。如果向賽曼能級的能量差為E=B0h2的氫核發(fā)射能量為E=hv的光子，當B0h2=hv時，氫核將吸收這個光子，由低塞曼能級躍遷到高塞曼能級。這種共振吸收躍遷現(xiàn)象稱為“核磁共振”從中，我們也可以看出，核磁共振發(fā)生的條件是電磁波的頻率為=B。2、 用掃場法產(chǎn)生核磁共振在實驗中要使E=B0h2=hv并不是那么容易的。主要原因是外磁場不容易控制在一個特定的值。因此我們可以在

3、一個永磁體B0上疊加一個低頻交流磁場B=Bmsint,使氫原子能級能量差h2（B0+Bmsint）有一個可以調節(jié)的變化區(qū)間。我們調節(jié)射頻場的頻率v使射頻場的能量hv處于上述區(qū)間，這樣在某一瞬間hv=h2（B0+Bmsint）即可成立。從而可以通過讀取共振時對應頻率得到本征頻率。3、自旋回波自旋回波(Spin Echo)是射頻脈沖與靜磁場中核磁矩體系相互作用的結果。兩個具有適當寬度的射頻脈沖以一定的間隔相繼作用在靜磁場中的核磁矩體系上，經(jīng)過一段時間在接收系統(tǒng)中會出現(xiàn)一個感應信號，信號與第二脈沖的間隔恰好等于脈沖之間的間隔，就象脈沖信號的回波一樣，故稱為“自旋回波”。4、自由感應衰減(FID)在射

4、頻激發(fā)之后，原子核的總磁矩（原本沿z 軸方向）被翻轉到垂直主磁場的橫平面上，產(chǎn)生了自由感應衰減(FID)這種信號。在到達xy平面之后，由于不再受到射頻的激發(fā)，隨著時間的推移，總磁矩又會恢復到z 軸上，使得橫磁向量的向量和變小，即造成信號強度變小。這是自由感應衰減(FID)的機制。四、實驗數(shù)據(jù)及處理1、水中共振頻率測量及磁場計算所測水中共振頻率：24.3461MHz（電壓：10V）（儀器位置：1.5cm） 示波器所得水中核磁共振圖像：則根據(jù) B0=2，及水中=267.52MHz/T，可以算出 B0=0.5718T根據(jù)頻率上下浮動范圍1=24.346133MHz,2=24.346197MHz,得磁

5、場的不確定度為B=2（1-2）=1.510-6T故B0=（0.5718+0.000002）T，相對誤差：0.0003%2、測量磁場強度隨位置變化關系位置X/cm0.51.01.52.02.53.03.5頻率f/MHz24.333524.333424.333324.333024.332724.328724.3262磁場B/T0.5715160.5715130.5715110.5715040.5714970.5714030.571344（B0=2f,水中=267.52MHz/T) 0.5至2.5cm范圍內(nèi)磁場均較為均勻穩(wěn)定。由此可見實驗中1.5cm處選取較為合理。（實驗中均使儀器處于1.5cm處）

6、3、聚四氟乙烯中共振頻率測量及聚四氟乙烯旋磁比、F的朗德因子g 所測聚四氟乙烯中共振頻率：22.8864MHz（電壓：50V）上下浮動為1=22.886422MHz,2=24.346497MHz 示波器所得聚四氟乙烯中核磁共振圖像：根據(jù) B0=2，及B0=0.5718T，可以算出聚四氟乙烯中=251.48+MHz/T則F的朗德因子g為:(其中h為普朗克常量，N為核磁子) g=h2N=5.251 ，g=0.000004 ，相對誤差：0.00008%4、油的FID測量調整參數(shù)，使尾波盡可能長曲線最高點坐標為（303，137），選取原點位置為（303，687），（單位：像素）幅值下降到最大值1/e時

7、的點，到橫軸距離為（687-137）/e=202，故在曲線上縱坐標為485，讀取坐標（513，485）。根據(jù)橫軸一大為90個像素，可以計算得FID=（513-303）/90ms=2.33ms5、油的ZG測量6、水中測量（1）D0=100（2）D0=300（3） D0=500（4）D0=30007、水、乙醇混合物中的測量（1）測量圖像（2）FFT（3）測量兩峰值間距測得間距為0.134kHz8、油的回波測量（1）油的自旋回波（2）共振條件下的自旋回波圖像9、油的回波序列測量10、油的T2測量在油的回波序列圖中，讀取最高點坐標（311，134），原點坐標（311，819），可算出下降至1/e時的點

8、坐標為（454，567）。根據(jù)橫軸每格50ms，對應像素73，可以算得T2=97.95ms與FID測量數(shù)據(jù)相比非常大，因為圖中曲線實際上是許多曲線的包絡線，所以看起來下降比較慢11、油水混合物的回波序列測量12、油的軟脈沖測量（1）軟脈沖測量圖像（2）油的軟脈沖回波測量13、利用軟脈沖成像可以看出圖中是一個塑料捆綁帶接口的成像。六、對實驗現(xiàn)象的思考探究1、觀察水在不同D0參數(shù)下的測量圖像，可以看到D0較大時，峰值較高。分析：水分子間作用力相對較小，磁矩恢復一致狀態(tài)的時間較長。只有當兩個脈沖間隔足夠長時，測量物質中的磁矩方可恢復至前一次脈沖作用之前的狀態(tài)，故測量峰值較高。2、油、水的磁矩圖像中，下方曲線達到末尾平直狀態(tài)之前，趨勢與標準圖略有不同，有遞增也有遞減。分析：這可能是由于不同的初始狀態(tài)所致。但對于本實驗無影響。只要曲線末端平直即可。3、用簡易核磁共振裝置進行的實驗中，水保持穩(wěn)定共振圖像的最小電壓小于聚四氟乙烯。分析：由于聚四氟乙烯分子量較大，且為對稱結構、空間利用率高，使得其分子間相互作用力大。因此需要給其加較強的外場方能使其對實驗的影響減少，否則所得圖像不穩(wěn)定，所受干擾較大。3、 利用軟脈沖所得成像較為模糊。分析：可能是由于實驗中所用試管清洗不夠徹底，或加液時不夠平穩(wěn)，使液體較為渾濁，及有雜質，