大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)核磁共振實(shí)驗(yàn)講義

FD-CNMR-I型說(shuō)明書上海復(fù)旦天欣科教儀器中國(guó)上海FD-CNMR-I型核磁共振試驗(yàn)儀使用說(shuō)明書一．概述磁矩是由很多原子核所具有的內(nèi)部角動(dòng)量或自旋引起的，自1940年以來(lái)爭(zhēng)論磁矩的技術(shù)已1933年，G·O·斯特恩〔Stern〕和I·艾斯特曼〔Estermann〕對(duì)核粒子的磁矩進(jìn)展了第一次粗略測(cè)定。美國(guó)哥倫比I·I·拉比〔Rabi1898年〕的試驗(yàn)室在這個(gè)領(lǐng)域的爭(zhēng)論中獲得了進(jìn)展。這些爭(zhēng)論對(duì)核理論的進(jìn)展起了很大的作用。當(dāng)受到強(qiáng)磁場(chǎng)加速的原子束加以一個(gè)頻率的弱振蕩磁場(chǎng)時(shí)原子核就要吸取某些頻率的定原子核吸取頻率的大小。這種技術(shù)起初被用于氣體物質(zhì)，后來(lái)通過(guò)斯坦福的F.布絡(luò)赫〔Bloch1905年〕和哈佛大學(xué)的E·M·珀塞爾〔Puccell1912年〕的工作擴(kuò)大應(yīng)用到液體和固1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1946年進(jìn)展這些爭(zhēng)論以來(lái)，由于核磁共振的方法和技術(shù)可以深入物質(zhì)內(nèi)部而不破壞樣品，并且具有快速、準(zhǔn)確、區(qū)分率高等優(yōu)點(diǎn)，所以得到快速進(jìn)展和廣泛應(yīng)用，現(xiàn)今已從物理學(xué)滲透到化學(xué)、生物、地質(zhì)、醫(yī)療以及材料等學(xué)科，在科研和生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。我公司生產(chǎn)的FD-CNMR-I頻率計(jì)、示波器等組成，它具有調(diào)整便利、信噪比高、教學(xué)效果直觀等特點(diǎn)。是大專院校優(yōu)良的近代物理試驗(yàn)教學(xué)儀器。二．原理對(duì)于處于恒定外磁場(chǎng)中的原子核，假設(shè)同時(shí)再在與恒定外磁場(chǎng)垂直的方向上加一交變電磁m的轉(zhuǎn)變?yōu)閙1，也即只有在相鄰的兩子能級(jí)間的躍遷才是允許的。這樣當(dāng)交變電磁場(chǎng)的頻率 所相應(yīng)的能量h 剛好等于原子核兩相鄰子能級(jí)的能量差時(shí)，0 0即h g B B 〔1〕0 N N 0 0原子核系統(tǒng)在恒定和交變磁場(chǎng)同時(shí)作用下共振現(xiàn)象。2由式〔1〕可以得到發(fā)生核磁共振的條件是B0

0 〔2〕滿足式〔2〕的頻率稱為共振頻率。假設(shè)用圓頻率 2表示，則共振條件可以表示為0 0 0 B 〔3〕0 0由式〔3〕可知，對(duì)固定的原子核，旋磁比肯定，調(diào)整共振頻率B兩者或者固0 0定其一調(diào)整另一個(gè)就可以滿足共振條件，從而觀看核磁共振現(xiàn)象。我公司生產(chǎn)的FD-CNMR-I型核磁共振試驗(yàn)儀承受永磁鐵，B是定值，所以對(duì)不同的樣品，0調(diào)整射頻場(chǎng)的頻率使之到達(dá)共振頻率，滿足共振條件，核即從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)，同時(shí)吸0收射頻場(chǎng)的能量，使得線圈的Q值降低產(chǎn)生共振信號(hào)。由于示波器只能觀看交變信號(hào)，所以必需使核磁共振信號(hào)交替消滅，F(xiàn)D-CNMR-I型核磁共振試驗(yàn)儀承受掃場(chǎng)法滿足這一要求。在穩(wěn)恒磁場(chǎng)B上疊加一個(gè)低頻調(diào)制磁場(chǎng)B sin(t)，這0 m個(gè)調(diào)制磁場(chǎng)實(shí)際是由一對(duì)亥姆霍茲線圈產(chǎn)生，此時(shí)樣品所在區(qū)域的實(shí)際磁場(chǎng)為B B sin(t。0 m(a)(a)圖1 掃場(chǎng)法檢測(cè)共振吸取信號(hào)由于調(diào)制場(chǎng)的幅值Bm

很小，總磁場(chǎng)的方向保持不變，只是磁場(chǎng)的幅值按調(diào)制頻率發(fā)生周期性變化，拉摩爾進(jìn)動(dòng)頻率也相應(yīng)地發(fā)生周期性變化，即3(B B sin(t)) 〔4〕0 m這時(shí)只要射頻場(chǎng)的角頻率調(diào)在變化范圍之內(nèi)，同時(shí)調(diào)制磁場(chǎng)掃過(guò)共振區(qū)域，即B B B B B ，則共振條件在調(diào)制場(chǎng)的一個(gè)周期內(nèi)被滿足兩次，所以在示波器上觀0 m 0 0 m察到如圖1-〔b〕所示的共振吸取信號(hào)。此時(shí)假設(shè)調(diào)整射頻場(chǎng)的頻率，則吸取曲線上的吸取峰將左右移動(dòng)。當(dāng)這些吸取峰間距相等時(shí)，如圖1-〔a〕所示，則說(shuō)明在這個(gè)頻率下的共振磁場(chǎng)為B。0會(huì)發(fā)生很大的變化。在通過(guò)共振點(diǎn)后，會(huì)消滅衰減振蕩，這個(gè)衰減的振蕩稱為“尾波大，說(shuō)明磁場(chǎng)越均勻。三．儀器構(gòu)造核磁共振試驗(yàn)儀主要有磁鐵、磁場(chǎng)掃描電源、邊限振蕩器以及外購(gòu)示波器、頻率計(jì)組成。以下對(duì)各局部逐一介紹：磁鐵構(gòu)造圖2磁鐵構(gòu)造示意圖A——面板：上有線圈引線的四組接線柱，試驗(yàn)時(shí)，可以任選其中一組；B——主體：起支撐線圈和磁鋼以及形成磁回路的作用；C——外板：用于調(diào)整磁隙及中間磁場(chǎng)均勻度；D——螺絲：一面有六個(gè)，通過(guò)其調(diào)整；E——線圈：通過(guò)其施加一個(gè)掃描磁場(chǎng)；F——間隙：有效的工作區(qū)，樣品置于其中；4G——磁鋼：釹鐵硼稀土永磁鐵；H——純鐵：主要用于提高磁場(chǎng)均勻度。磁場(chǎng)掃描電源圖3磁場(chǎng)掃描電源示意圖A——掃描幅度調(diào)整旋鈕：用于捕獲共振信號(hào)，順時(shí)針調(diào)整幅度增加；B——電源開(kāi)關(guān)：整個(gè)磁場(chǎng)掃描電源的通斷電掌握；C——掃描輸出接線柱：用叉片連接線連至磁鐵面板接線柱；D——X軸幅度輸出接線柱：用Q9叉片連接線接至示波器X軸輸出，觀看李薩如圖形；E——電源線：接AC 220V 50Hz輸入；F——邊限振蕩器電源輸出：五芯航空插頭，為邊限振蕩器供給工作電源；G——X軸幅度調(diào)整旋鈕：用于掃描幅度的調(diào)整，順時(shí)針調(diào)整幅度增大；H——X軸相位調(diào)整旋鈕：用于信號(hào)相位的調(diào)整。邊限振蕩器5圖4邊限振蕩器示意圖A——頻率粗調(diào)旋鈕：用于共振頻率的粗調(diào)，順時(shí)針頻率增加；B——頻率輸出：接頻率計(jì)，顯示共振頻率；C——頻率微調(diào)旋鈕：用于共振頻率的微調(diào)，順時(shí)針振頻率增加；D——共振信號(hào)輸出：接示波器，觀測(cè)共振信號(hào)；E——電源輸入：接磁場(chǎng)掃描電源的后面板“邊限振蕩器電源輸出F——探頭：內(nèi)有產(chǎn)生射頻場(chǎng)的線圈，外部是起屏蔽作用的銅管，前面裝測(cè)量樣品；G——幅度調(diào)整旋鈕：用于調(diào)整射頻場(chǎng)幅度，順時(shí)針調(diào)整幅度增加；H——幅度顯示表：表頭指示射頻場(chǎng)幅度；I——高度調(diào)整螺絲：用于調(diào)整探頭在磁場(chǎng)中的空間位置。四．性能指標(biāo)1．信噪比：100:1 (40dB)振蕩頻率：17MHz23MHz〔具體依據(jù)磁鐵而定〕頻率調(diào)整范圍：

fmax1.5fmin測(cè)量樣品：氫核—1#CuSO4，2# FeCl3，4#丙三醇，5#純水，6# MnSO4氟核—3#氟碳五．試驗(yàn)內(nèi)容1〔5#〕與水中參加少量順磁離子的樣品6〔1#，2#，6#樣品〕4#有機(jī)物丙三醇樣品，核磁共振信號(hào)的變化；22.6752108

/Ts1#2#、5#、6#等樣品，調(diào)整并觀看核磁共振信號(hào)從頻率計(jì)讀出共振頻率依據(jù)共振條件 B，求出此時(shí)的0 0B，不轉(zhuǎn)變磁場(chǎng)，將樣品換為3#氟碳樣品，調(diào)整并觀看氟的共振信號(hào)〔注0意：氟的核磁共振信號(hào)較小，應(yīng)認(rèn)真調(diào)整，然后依據(jù)剛剛得到的B，計(jì)算氟核的旋磁0比 ，朗德因子gF

和核磁矩 ；ZF放入共振信號(hào)較明顯的樣品，如1#和2#樣品，觀看信號(hào)尾波，移動(dòng)探頭在磁場(chǎng)中的空間位置，了解磁場(chǎng)均勻性對(duì)尾波的影響。7FD-CNMR-I型核磁共振試驗(yàn)儀試驗(yàn)指導(dǎo)書一、概述19451219461月，美國(guó)斯坦福大學(xué)布洛赫等人，也報(bào)道了他們?cè)谒畼悠分杏^看到質(zhì)子的核感應(yīng)信號(hào)。兩個(gè)爭(zhēng)論小組用了略微不同的方法，幾乎同時(shí)在分散物質(zhì)中覺(jué)察了核磁共振。因此，布洛赫和珀塞爾榮獲了1952年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。量磁場(chǎng)的重要方法之一。二、原理氫核雖然是最簡(jiǎn)潔的原子核，但同時(shí)也是目前在核磁共振應(yīng)用中最常見(jiàn)和最有用的核。〔一〕單個(gè)核的磁共振 P方向上的投影稱為核磁矩，它們之間的關(guān)系通常寫成PP或 e g N 2mp

P 〔2－1〕式中g(shù)N

e em2mp

gp

為朗德因子。對(duì)N氫核來(lái)說(shuō)，g 5.5851。N依據(jù)量子力學(xué)，原子核角動(dòng)量的大小由下式打算8P I(I1) 〔2－2〕式中

h，h為普朗克常數(shù)。I為核的自旋量子數(shù)，可以取I 1 3 對(duì)氫核0, ,1, ,2 2 2I1。2 BzBB方向上的投影值由下式打算P m 〔2－3〕B式中m稱為磁量子數(shù)，可以取mII1,,(I1),I。核磁矩在B方向上的投影值為 gB N

e P2m

eh mgN2m m將它寫為

p p式中

g m 〔2－4〕B N N5.0507871027JT1稱為核磁子，是核磁矩的單位。N 磁矩為B中具有的勢(shì)能為BEB

B

BgN

mBN任何兩個(gè)能級(jí)之間的能量差為EE Em1 m2

gN

B(mN 1

m) 〔2－5〕2I

1m只能取兩個(gè)值，2

1和m12 2

。磁矩在外場(chǎng)方向上的投影也只能取兩個(gè)值，如圖21中(a所示，與此相對(duì)應(yīng)的能級(jí)如圖21中(b)所示。9圖2-1氫核能級(jí)在磁場(chǎng)中的分裂圖2-1氫核能級(jí)在磁場(chǎng)中的分裂m1個(gè)躍遷能級(jí)之間的能量差為Eg B 〔2－6〕N NEB強(qiáng)，則兩個(gè)能級(jí)分裂也越大。B0，在該穩(wěn)恒磁場(chǎng)區(qū)域又疊加一個(gè)電磁波作用于氫核，如果電磁波的能量h 恰好等于這時(shí)氫核兩能級(jí)的能量差g B，即0 N N 0h g B 〔2－7〕0 N N 01 1m2的能級(jí)躍遷到m2的能級(jí)，這就是核磁共振吸取現(xiàn)象。式〔2－7〕就是核磁共振條件。為了應(yīng)用上的便利，常寫成B gNNB

，即

B

〔2－8〕0 h 0 0 0核磁共振信號(hào)的強(qiáng)度上面爭(zhēng)論的是單個(gè)的核放在外磁場(chǎng)中的核磁共振理論。但試驗(yàn)中所用的樣品是則在電磁波的激發(fā)下，上下能級(jí)上的核都要發(fā)生躍遷，并且躍遷幾率是相等的，吸10信號(hào)。在熱平衡狀態(tài)下，核數(shù)目在兩個(gè)能級(jí)上的相對(duì)分布由玻爾茲曼因子打算：N1

exp

E

exp

g B N N 0

〔2－9〕N kT 2

kT 式中N 為低能級(jí)上的核數(shù)目，N 為上下能級(jí)間的能量差，1 2k為玻爾茲曼常數(shù)，T為確定溫度。當(dāng)g B kT時(shí)，上式可以近似寫成N N 0g BNg BN11 N N 0 〔2－10〕N kT2上式說(shuō)明，低能級(jí)上的核數(shù)目比高能級(jí)上的核數(shù)目略微多一點(diǎn)。對(duì)氫核來(lái)說(shuō)，假設(shè)試驗(yàn)溫度T300K，外磁場(chǎng)B 0N216.75106N1或N N1 27106N17個(gè)。這就7個(gè)核的核磁共振吸取未被共振輻射所抵消。所以核磁共振信號(hào)格外微弱，檢測(cè)如此微弱的信號(hào)，需要高質(zhì)量的接收器。B越強(qiáng)，粒子差數(shù)越大，越有利于觀看核磁共振信號(hào)。一般核磁共振實(shí)0驗(yàn)要求磁場(chǎng)強(qiáng)一些，其緣由就在這里。另外，要想觀看到核磁共振信號(hào)，僅僅磁場(chǎng)強(qiáng)一些還不夠，磁場(chǎng)在樣品范圍內(nèi)還應(yīng)高度均勻，否則磁場(chǎng)多么強(qiáng)也觀看不到核磁共振信號(hào)。緣由之一是，核磁共振信號(hào)由式〔2－7〕打算，假設(shè)磁場(chǎng)不均勻，則樣品內(nèi)各局部的共振頻率不同。對(duì)某個(gè)頻率的電磁波，將只有少數(shù)核參與共振，結(jié)果信號(hào)被噪聲所漂浮，難以觀看到核磁共振信號(hào)。11〔二〕給出一個(gè)清楚的物理圖象，幫助我們了解問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。單個(gè)核的拉摩爾進(jìn)動(dòng)我們知道，假設(shè)陀螺不旋轉(zhuǎn)，當(dāng)它它就會(huì)倒下來(lái)。但是假設(shè)陀螺本身做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它就不會(huì)倒下而圍著重力方向2－2所示。由于原子核具有自旋和磁矩，所以 P，磁矩為B，由經(jīng)典理論可知Pd PB 〔2－11〕dt

P，所以有 B 〔2－12〕dt寫成重量的形式則為ddtx(By z

B)z yd

y(B B

) 〔2－13〕dt

z x x zd

(B B)dt

x y y x B0

zB0

方向，即B Bx

0，Bz

B，則上式將變?yōu)?12d

Bdt y 0ddtd

yBx 0

〔2－14〕dtz0 由此可見(jiàn)，磁矩重量z

是一個(gè)常數(shù)，即磁矩B0

方向上的投影將保持不變。將式〔2－14〕的第一式對(duì)t求導(dǎo)，并把其次式代入有d2xdt2

B dy0 dt

B20 x或d2xdt2

2B20

0 〔2－15〕x這是一個(gè)簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程，其解為 Acos(Bt)，由式〔2－14〕第一式得到x 0 1

1 B

Asin(B

t)Asin(B

t)y B0

dt B 0 0 00以 B代入，有0 0 Acos( x

t) Asin(( ( )2x y

t)

〔2－16〕 L

A常數(shù)由此可知，核磁矩在穩(wěn)恒磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：B0

做進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)的角頻率為0

B0

B之間0的夾角無(wú)關(guān)；它在xy平面上的投影 是常數(shù)；LB0

方向上的投影z

為常數(shù)。2－3所示。13現(xiàn)在 B0

B1

B1

B0

B0

B，B1 1

的角頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁矩〔2－4除B0

B1

B進(jìn)動(dòng)0

進(jìn)動(dòng)。所以與B1B

B之間的夾角將發(fā)生變化。由核磁矩的勢(shì)能0BEB

B0

cos 〔2－17〕可知，值增加時(shí)，核要從旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)收能量。這就是核磁共振。產(chǎn)生共振的條件為 B 〔2－18〕0 0這一結(jié)論與量子力學(xué)得出的結(jié)論完全全都。

B中吸1

的轉(zhuǎn)動(dòng)角頻率與核磁矩的進(jìn)動(dòng)角頻率B1 B

不相等，即，則角度的變化不顯著。平均說(shuō)來(lái)，角的變化為零。原子核沒(méi)有吸取磁場(chǎng)0的能量，因此就觀看不到核磁共振信號(hào)。布洛赫方程而是由這些磁矩構(gòu)成的磁化強(qiáng)度矢量M；另外，我們爭(zhēng)論的系統(tǒng)并不是孤立的，而14是與四周物質(zhì)有肯定的相互作用。只有全面考慮了這些問(wèn)題，才能建立起核磁共振的理論。 由于磁化強(qiáng)度矢量M是單位體積內(nèi)核磁矩的矢量和，所以有 dM(MB) 〔2－19〕dt它說(shuō)明磁化強(qiáng)度矢量M

做進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)的角頻率B；現(xiàn)在假定B0BB0

zx軸方向加上一射頻場(chǎng)B 2B1

cos(

t)exe

〔2－20〕式中ex

x軸上的單位矢量，2B1

的旋轉(zhuǎn)方向與進(jìn)動(dòng)方向一樣時(shí)才起作用。所以對(duì)于 ，起作用的是順時(shí)針?lè)较虻膱A偏振場(chǎng)，即M M H B /z 0 0 0 0 0 0式中

0

為真空中的磁導(dǎo)率，M0

是自旋系統(tǒng)與晶格到達(dá)熱平衡時(shí)自旋系統(tǒng)的磁化強(qiáng)度。原子核系統(tǒng)吸取了射頻場(chǎng)能量之后，處于高能態(tài)的粒子數(shù)目增多，亦使得M M ，偏離了熱平衡狀態(tài)。由于自旋z 0與晶格的相互作用，晶格將吸取核的能量，使原子核躍遷到低能態(tài)而向熱平衡過(guò)渡。表示這個(gè)過(guò)渡的特征時(shí)間稱為縱向弛豫時(shí)間，用T1

表示〔它反映了沿外磁場(chǎng)方向上磁化強(qiáng)度矢量Mz

恢復(fù)到平衡值M0

所需時(shí)間的大小M 向平衡值M 過(guò)渡的速度與M 偏離M 的程度(M M )成正比，即有z 0 z 0 0 zdM M Mz z 0

〔2－21〕dt T115M的橫向重量也要由非平衡態(tài)時(shí)的Mx和M 向平衡態(tài)時(shí)的值M My x

0過(guò)渡，表征這個(gè)過(guò)程的特征時(shí)間為橫向弛豫時(shí)間，用T表示。與M 類似，可以假定：2 zdM dtx

xMTM2 〔2－22〕dMyMy dt T2前面分別分析了外磁場(chǎng)和弛豫過(guò)程對(duì)核磁化強(qiáng)度矢量M的作用。當(dāng)上述兩種作用同時(shí)存在時(shí)，描述核磁共振現(xiàn)象的根本運(yùn)動(dòng)方程為 dM 1

M M (MB) (Mdt T2

iMx

z 0k 〔2－23〕T1 該方程稱為布洛赫方程。式中i，jkxyz方向上的單位矢量。 BB0

B1

B0

Bk，0

B Bcos(1 1

t)iB1

sin(

t)jMB的三個(gè)重量是(M B y

MBz

sint)ii(M

BcostM

B)j

〔2－24〕( z 1(1 MxB1

sin

x 0tM By 1

cos

t)k這樣布洛赫方程寫成重量形式即為

x(M B MBsint)Mx dt

y 0 z 1 T2

y(M

BcostM

B)My

〔2－25〕 dt z

x 0 T2dM

(M Bx 1

sintM By 1

M Mcos t) z 0T1在各種條件下來(lái)解布洛赫方程，可以解釋各種核磁共振現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，布洛赫方程中含有cost，sint這些高頻振蕩項(xiàng)，解起來(lái)很麻煩。假設(shè)我們能對(duì)它作一坐標(biāo)變換，把它變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中去，解起來(lái)就簡(jiǎn)潔得多。如圖〔2－6〕xyz，zz重合，16

Bx1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同一頻率轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系。 M

M在垂至于恒定磁場(chǎng)方向上的Mxy和v是M xy方向上的重量，則M ucostvsintMv xMvy

cost

usint 〔2－25〕式即得dt

( )vu0 T2

( )uvBM

〔2－27〕dt 0 T 1 z2dM dt

T1

Bv1式中 B，上式說(shuō)明M 的變化是v的函數(shù)而不是u的函數(shù)。而M 的變化表示0 0 z z核磁化強(qiáng)度矢量的能量變化，所以v的變化反映了系統(tǒng)能量的變化。從式〔2－27〕可以看出，它們已經(jīng)不包括cost，sint這些高頻振蕩項(xiàng)了。但要嚴(yán)格求解仍是相當(dāng)困難的。通常是依據(jù)試驗(yàn)條件來(lái)進(jìn)展簡(jiǎn)化。假設(shè)磁場(chǎng)或頻率的變化格外緩慢，則可以認(rèn)為u，v，M 都不隨時(shí)間發(fā)生變化，du

0，dv

0，zdMz0,即系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)上式的解稱為穩(wěn)態(tài)解：dt

dt dt BT

)M

12 0 0

2( )22B2TT

2 0BMT1 0 2

1 12

〔2－28〕

2

)2

22TTM

2 01T2

0

1 12)M0 z

)22B2TT2 0 1 12依據(jù)式〔2－28〕中前兩式可以畫出u和v隨而變化的函數(shù)關(guān)系曲線。依據(jù)曲線知 B1

的角頻率MB0

中的進(jìn)動(dòng)角頻率0

時(shí)，吸取信17號(hào)最強(qiáng)，即消滅共振吸取現(xiàn)象。結(jié)果分析點(diǎn)：BTM 1當(dāng)

時(shí)值為極大可以表示為v ＝ 12 0 可見(jiàn)，B 0 極大

1 (TT

)1/21 12 121 Tvv

max

2M2 T 1

,B無(wú)限1的弱，而是要求它有肯定的大小。共振時(shí)

0則吸取信號(hào)的表示式中包含有S 1 項(xiàng)也o 1B1

2TT12B1

S值減小，這意味著自旋系統(tǒng)吸取的能量削減，相當(dāng)于高能級(jí)局部地被飽和，所以人們稱S為飽和因子?！?－7〕所打算的單一頻率上，而是發(fā)生在肯定的頻率范圍內(nèi)。即譜線有肯定的寬度。通常把吸取曲線半高度的寬度所對(duì)B不0均勻也會(huì)使吸取譜線加寬。由式〔2－28〕可以看出，吸取曲線半寬度為 1

〔2－29〕0 T(12B2TT

1/2)2 1 12可見(jiàn)，線寬主要由T值打算，所以橫向弛豫時(shí)間是線寬的主要參數(shù)。2描電源、頻率計(jì)及示波器。試驗(yàn)裝置圖如圖〔2－7〕所示：18頻率計(jì)頻率計(jì)樣品盒邊限振蕩器示波器探頭掃描磁場(chǎng)電源〔一〕磁鐵

圖2－7核磁共振試驗(yàn)裝置示意圖磁鐵的作用是產(chǎn)生穩(wěn)恒磁場(chǎng)B0，它是核磁共振試驗(yàn)裝置的核心，要求磁鐵能夠產(chǎn)生盡量強(qiáng)的、格外穩(wěn)定、格外均勻的磁場(chǎng)。首先，強(qiáng)磁場(chǎng)有利于更好的觀看核磁共振信號(hào)；其次，磁場(chǎng)空間分布均勻性和穩(wěn)定性越好則核磁共振試驗(yàn)儀的區(qū)分率越高。核磁共振試驗(yàn)裝置中的磁鐵有三類：永久磁鐵、電磁鐵和超導(dǎo)磁鐵。永久磁鐵的優(yōu)點(diǎn)是，不需要磁鐵電源和冷卻裝置，運(yùn)行費(fèi)用低，而且穩(wěn)定度高。電磁鐵的優(yōu)電磁鐵需要很穩(wěn)定的大功率直流電源和冷卻系統(tǒng)，另外還要保持電磁鐵溫度恒定。超導(dǎo)磁鐵最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠產(chǎn)生高達(dá)十幾特斯拉的強(qiáng)磁場(chǎng)，對(duì)大幅度提高核磁共振譜儀的靈敏度和區(qū)分率極為有益，同時(shí)磁場(chǎng)的均勻性和穩(wěn)定性也很好，是現(xiàn)代譜儀較抱負(fù)的磁鐵，但儀器使用液氮或液氦給試驗(yàn)帶來(lái)了不便。上海復(fù)旦天欣科教儀器生產(chǎn)的FD-CNMR-I型核磁共振教學(xué)儀承受永磁鐵，磁場(chǎng)均勻度高于5106。〔二〕邊限振蕩器和不振蕩的邊緣狀態(tài)，故稱為邊限振蕩器。如圖〔2－7〕所示，樣品放在邊限振蕩器的振蕩線圈中，振蕩線圈放在固定磁19B中，由于邊限振蕩器是處于振蕩與不振蕩的邊緣，當(dāng)樣品吸取的能量不同〔即0增加，振蕩變?nèi)?，?jīng)過(guò)二極管的倍壓檢波，就可以把反映振蕩器振幅大小變化的B很1弱，飽和的影響很小。但假設(shè)電路調(diào)整的不好，偏離邊線振蕩器狀態(tài)很遠(yuǎn)，一方面B1

很強(qiáng)，消滅飽和效應(yīng)，另一方面，樣品中少量的能量吸取對(duì)振幅的影響很法稱為單線圈法?！踩硳邎?chǎng)單元

B固定，使射頻場(chǎng)0

的頻率連續(xù)變化，通過(guò)共振區(qū)域，當(dāng)B1B0

B0

的頻率固定，B1BB0

連續(xù)變化，通過(guò)共振區(qū)域。這兩種方法是完全等效的，顯示的都是共振吸取信號(hào)v與頻率差(之間的關(guān)系曲線。0圖2－8掃場(chǎng)法檢測(cè)共振吸取信號(hào)圖2－8掃場(chǎng)法檢測(cè)共振吸取信號(hào)由于掃場(chǎng)法簡(jiǎn)潔易行，確定共振頻率比較準(zhǔn)確，所以現(xiàn)在通常承受大調(diào)制場(chǎng)技術(shù)；在穩(wěn)恒磁場(chǎng)B上疊加一個(gè)低頻調(diào)制磁場(chǎng)B sint，這個(gè)低頻調(diào)制磁場(chǎng)就是由掃0 m場(chǎng)單元〔實(shí)際上是一對(duì)亥姆霍茲線圈〕產(chǎn)生的。那么此時(shí)樣品所在區(qū)域的實(shí)際磁場(chǎng)20為B B sint。由于調(diào)制場(chǎng)的幅度B 很小，總磁場(chǎng)的方向保持不變，只是磁場(chǎng)的0 m m幅值按調(diào)制頻率發(fā)生周期性變化〔其最大值為B B ，最小值B B ，相應(yīng)的拉0 m 0 m摩爾進(jìn)動(dòng)頻率0

也相應(yīng)地發(fā)生周期性變化，即 (B B sint) 〔2－30〕0 0 m這時(shí)只要射頻場(chǎng)的角頻率調(diào)在0

變化范圍之內(nèi)，同時(shí)調(diào)制磁場(chǎng)掃過(guò)共振區(qū)域，即B B B B B ，則共振條件在調(diào)制場(chǎng)的一個(gè)周期內(nèi)被滿足兩次，所以在示0 m 0 0 mB。0值得指出的是，假設(shè)掃場(chǎng)速度很快，也就是通過(guò)共振點(diǎn)的時(shí)間比弛豫時(shí)間小得多，這時(shí)共振吸取信號(hào)的外形會(huì)發(fā)生很大的變化。在通過(guò)共振點(diǎn)之后，會(huì)消滅衰減振蕩。這個(gè)衰減的振蕩稱為“尾波大。所以應(yīng)調(diào)整勻場(chǎng)線圈使尾波到達(dá)最大。四．試驗(yàn)內(nèi)容與方法〔一〕生疏各儀器的性能并用相關(guān)線連接蕩器〔其上裝有探頭，探頭內(nèi)裝樣品、頻率計(jì)和示波器。儀