流水式核磁共振试验系统介绍.pdf

第29卷第l2期 大 学 物 理 Vo1．29 No．12 2010年 12月 C0LLEGE PHYSICS Dec．2O10 流水式核磁共振实验系统介绍 杜晓波，张志杰，孙 昕 (吉林大学物理学院，吉林 长春 130023) 摘要：简述了流水式核磁共振的原理，利用自制的流水式核磁共振实验装置测量了纯水的纵向驰豫时间、强磁场(检测 场)的强度、弱磁场(空间场)的三维分量的大小，对章动现象进行了观察和解释． 关键词：核磁共振；教学仪器；磁场测量；章动 中图分类号：0 482．53 文献标识码：A 文章编号：1000—0712(2010)12—0034—05 核磁共振是指核自旋磁矩在恒定磁场作用下对 电磁场辐射能的共振吸收(或激发)现象(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)．自从1945年首次观察到 核磁共振信号以后，核磁共振技术迅速发展，已渗透 到化学、生物、医学、地学和计量等学科领域，以及众 多的生产技术部门，成为分析测试中不可缺少的实 验手段．同时核磁共振也成为一项重要的实验教学 内容，几乎所有的国内外高校都有核磁共振方面的 实验题目 刮． 目前核磁共振实验教学仪器有两种形式，一是固 定样品核磁共振，二是脉冲核磁共振．吉林大学物理实 验教学中心在多年实验教学的基础上，研制了另外一 种形式的核磁共振实验仪器——流水式核磁共振实验 图1 核磁共振原理示意图 系统．经过一个学期的使用，证明该仪器比较适合近代 物理实验，尤其是研究创新性实验，教学效果良好． 这样 就会对M施加一个转矩Mx／x。H～E，使 绕 1 流水式核磁共振原理 ～HE旋进，结果使M与z轴的角度0增加，此时便发 如图1．将一个具有磁矩 的粒子放在与z轴 生了核磁共振．测量出交变磁场目的频率，即可由 平行的恒定磁场日中，它会受到一个力矩 共振条件2 = 。H相当精确地得到恒定磁场 L=Mx／~0日 的值．磁矩在磁场中的势能为 U=一 。Hcos 0，0增 的作用，从而引起磁矩M围绕磁场H旋进(拉莫尔 加导致磁矩M势能的增加，能量来源于交变磁场 旋进)，旋进的角频率为 。=2 = 。日，y为质子 西．交变磁场由边限振荡器产生，磁矩从交变磁场日 的旋磁比．现在 方向加一弱的旋转频率为∞的交 中吸收能量会导致边限振荡器状态发生变化，通过 变磁场~．茸可以分解为振幅相等、旋转频率为∞、 电子学方法即可探测到核磁共振信号．测量恒定磁 场时，为了便于观察到核磁共振信号，往往在恒定磁 旋转方向相反的右旋偏振磁场曰 和左旋偏振磁场 场上叠加一个弱的低频(一般为50 Hz工频)交变磁 ． ． 其中~R与拉莫尔旋进方向相反，不会发生共 场．在此低频交变磁场的每个周期中会出现两个核 磁共振信号，若两个信号间距为半个周期，说明共振 振．~L与拉莫尔旋进方向相同，若∞tO。，~1_与M以 发生在此低频交变磁场为零的时刻，由此时的频率 相同的角速度旋转，相当于百 与磁矩 相对固定， 收稿日期：2010—05—17；修回日期：2010—07—19 作者简介：杜晓波(1968一)，男，吉林白城人，吉林大学物理学院副教授，主要从事纳米磁性材料的理论和实验研究