微波順磁及核磁共振實驗預(yù)習(xí)報告

1、近代物理實驗預(yù)習(xí)報告 微波順磁共振實驗預(yù)習(xí)報告學(xué) 院 數(shù)理與信息工程學(xué)院 班 級 光信081班 姓 名 陳 亮 學(xué) 號 08620114 時 間 2011年05月10日 微波順磁共振實驗預(yù)習(xí)報告摘要: 電子自旋的概念是Pauli在1924年首先提出的。電子自旋共振(Electron Spin Resonance),縮寫為ESR,又稱順磁共振(Paramagnetic Resonance)。它是指處于恒定磁場中的電子自旋磁矩在射頻電磁場作用下發(fā)生的一種磁能級間的共振躍遷現(xiàn)象。ESR己成功地被應(yīng)用于順磁物質(zhì)的研究,目前它在化學(xué)、物理、生物和醫(yī)學(xué)等各方面都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。用電子自旋共振方法研究

2、未成對的電子,可以獲得其它方法不能得到或不能準(zhǔn)確得到的數(shù)據(jù)。如電子所在的位置,游離基所占的百分?jǐn)?shù)等等。關(guān)鍵詞：電子自旋共振 共振躍遷 應(yīng)用引言：1925年,S.A.Goudsmit和G.Uhlenbeck用它來解釋某種元素的光譜精細(xì)結(jié)構(gòu)獲得成功.Stern和Ger1aok也以實驗直接證明了電子自旋磁矩的存在。電子自旋共振(Electron Spin Resonance),縮寫為ESR,又稱順磁共振(Paramagnetic Resonance)。它是指處于恒定磁場中的電子自旋磁矩在射頻電磁場作用下發(fā)生的一種磁能級間的共振躍遷現(xiàn)象。這種共振躍遷現(xiàn)象只能發(fā)生在原子的固有磁矩不為零的順磁材料中，稱為

3、電子順磁共振。1944年由前蘇聯(lián)的柴伏依斯基首先發(fā)現(xiàn)。它與核磁共振(NMR)現(xiàn)象十分相似,所以1945年P(guān)urcell、Paund、Bloch和Hanson等人提出的NMR實驗技術(shù)后來也被用來觀測ESR現(xiàn)象。電子順磁共振基本原理:根據(jù)泡利原理:每個分子軌道上不能存在兩個自旋態(tài)相同的電子，因而各個軌道上已成對的電子自旋運動產(chǎn)生的磁矩是相互抵消的，只有存在未成對電子的物質(zhì)才具有永久磁矩，它在外磁場中呈現(xiàn)順磁性。電子自旋產(chǎn)生自旋磁矩s=geb 其中b是玻爾磁子；ge是無量綱因子，稱為g因子。自由電子的g因子為ge=2.0023單個電子磁矩在磁場方向分量=1/2geb外磁場H 的作用下，只能有兩個可能

4、的能量狀態(tài)。即 E=1/2gH，能量差EgH這種現(xiàn)象稱為塞曼分裂(Zeeman splitting) 如果在垂直于H的方向上施加頻率為h的電磁波，當(dāng)滿足下面條件 hgH 則處于兩能級間的電子發(fā)生受激躍遷，導(dǎo)致部分處于低能級中的電子吸收電磁波的能量躍遷到高能級中。這就是順磁共振現(xiàn)象。實驗中受激躍遷產(chǎn)生的吸收信號經(jīng)電子學(xué)系統(tǒng)處理可得到EPR吸收譜線，EPR波譜儀記錄的吸收信號一般是一次微分線型，或稱:一次微分譜線。實驗步驟：1、連接系統(tǒng),將可變衰減器順時針旋至最大, 開啟系統(tǒng)中各儀器的電源,預(yù)熱20分鐘。 2、將磁共振實驗儀器的旋鈕和按鈕作如下設(shè)置: “磁場”逆時針調(diào)到最低,“掃場” 逆時針調(diào)到最

5、低，按下“調(diào)平衡/Y軸”按鈕（注：必須按下），“掃場/檢波”按鈕彈起，處于檢波狀態(tài)。（注：切勿同時按下）。 3、將樣品位置刻度尺置于90mm處,樣品置于磁場正中央。 4、將單螺調(diào)配器的探針逆時針旋至“0刻度。 5、信號源工作于等幅工作狀態(tài),調(diào)節(jié)可變衰減器使調(diào)諧電表有指示，然后調(diào)節(jié)“檢波靈敏度”旋鈕, 使磁共振實驗儀的調(diào)諧電表指示占滿度的2/3以上。 6、用波長表測定微波信號的頻率,方法是：旋轉(zhuǎn)波長表的測微頭，找到電表跌破點，查波長表刻度表即可確定振蕩頻率，使振蕩頻率在9370MHz左右，如相差較大,應(yīng)調(diào)節(jié)信號源的振蕩頻率,使其接近9370MHz的振蕩頻率。測定完頻率后,將波長表旋開諧振點。 7

6、、為使樣品諧振腔對微波信號諧振，調(diào)節(jié)樣品諧振腔的可調(diào)終端活塞，使調(diào)諧電表指示最小，此時，樣品諧振腔中的駐波分布如圖7-4-5所示。 圖7-4-5 樣品諧振腔中的駐波分布示意圖8、為了提高系統(tǒng)的靈敏度，可減小可變衰減器的衰減量，使調(diào)諧電表顯示盡可能提高。然后，調(diào)節(jié)魔T另一支臂單螺調(diào)配器探針，使調(diào)諧電表指示更小。若磁共振儀電表指示太小，可調(diào)節(jié)靈敏度，使指示增大。 9、按下“掃場”按鈕。此時調(diào)諧電表指示為掃場電流的相對指示，調(diào)節(jié)“掃場”旋鈕使電表指示在滿度的一半左右。10、由小到大調(diào)節(jié)恒磁場電流，當(dāng)電流達(dá)到1.7到2.1A之間時,示波器上即可出現(xiàn)如圖7-4-6所示的電子共振信號. 圖7-4-611、

7、若共振波形值較小,或示波器圖形顯示欠佳，可采用以下方法：（1） 將可變衰器反時針旋轉(zhuǎn),減小衰減量，增大微波功率。（2） 正時針調(diào)節(jié)“掃場”旋鈕,加大掃場電流。（3） 提高示波器的靈敏度。（4） 調(diào)節(jié)微波信號源震蕩腔法蘭盤上的調(diào)節(jié)釘，可加大微波輸出功率。12、若共振波形左右不對稱,調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器的深度及左右位置,或改變樣品在磁場中的位置，通過微調(diào)樣品諧振腔可是共振波形成為圖5(a)所示的波形。13、若出現(xiàn)圖5（b）的雙峰波形,調(diào)節(jié)“調(diào)相旋鈕即可使雙峰波形重合。14、用高斯計測得外磁場，用公式(2)計算g因子（g因子一般在1.95到2.05之間）.核磁共振實驗預(yù)習(xí)報告摘要：核磁共振已在眾多的領(lǐng)域中

8、有了十分廣泛的應(yīng)用。早期，核磁共振主要是用于對結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究，如測量磁矩、電偶極矩及核自旋等，后來則廣泛用于分子（如有機分子、生物大分子等）組成和結(jié)構(gòu)的分析、生物組織與活體組織的分析、病理分析、醫(yī)療診斷、產(chǎn)品無損檢測等方面，并可用來觀測一些動態(tài)過程（如化學(xué)反應(yīng)、生化過程等）的變化。從技術(shù)手段上來說，核磁共振的應(yīng)用主要由兩方面，即核磁共振波譜的應(yīng)用以及近年發(fā)展起來的核磁共振成象的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：核磁共振 核磁共振波譜 核磁共振成象引言：鐵磁共振（Ferromagnetio ResonanceFMR）與核磁共振、電子自選一樣，也是喜愛年代研究物質(zhì)宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)的有效工具。FMR還是微波鐵氧體物

9、理學(xué)的基礎(chǔ)；它在磁學(xué)、固體物理中占有重要的地位。實驗原理：FMR所測的對象與ESR觀測對象相同，都是未偶自旋電子，隸屬電子自旋磁共振。不同的是，在鐵磁性物質(zhì)中，存在著電子自旋之間的強耦合作用所形成的許多取向一致的微小自發(fā)磁化區(qū)（約1015個原子）-磁疇。在外磁場的作用下，各個磁疇趨向外磁場方向，表現(xiàn)出很強的磁性，故所用樣品很小。觀測的FMR現(xiàn)象，反映的更多的是鐵磁性物質(zhì)的宏觀性能，F(xiàn)MR現(xiàn)象是樣品磁疇的集體體現(xiàn)。阻尼轉(zhuǎn)矩。對（1）式求解,可得到FMR條件: 是波爾磁子， 是微波磁場的圓頻率，Br稱為共振磁場。TD所代表的阻尼轉(zhuǎn)矩是一個微觀能量轉(zhuǎn)化的過程，阻尼的大小反應(yīng)共振系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化為熱運動能量的快慢程度。由于磁導(dǎo)率與磁化率之間有如下關(guān)系：所以也為復(fù)數(shù)，稱為復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率實部 為鐵磁性物質(zhì)在恒定磁場B0中的磁導(dǎo)率，它決定磁性材料中貯存的磁能（=B02）；虛部則反應(yīng)腳邊磁場能在磁性材料中的損耗。鐵氧體在恒磁場B0和微波磁場B1同時作用下，當(dāng)微波頻率固定不變時，隨H0的變化關(guān)系類似圖1a所示的曲線（又叫頻散曲線），隨B0變化的關(guān)系曲線類似圖1b，稱為吸收曲線。、隨B0變化的實驗曲線如圖所示。