核磁共振信号强弱的影响因素及其原理探究论文

核磁共振信号强弱的影响因素及其原理探究 核磁共振信号 强弱的影响因素及其原理探究 作者: 朱艳燕 学号:0572442 专业:光信息科学与技术 1 目 录 摘 要 3 1 关键词 3 1 引 言 3 1 正 文 4 1、实验各参数的调节对共振信号的影响 1 4 1 ,1,频率调节 4 ,2,射频电流调节 1 6 ,3,扫场电压调节 1 6 ,4,样品位臵调节 1 6 2、影响共振信号强弱的其他因素 71 ,1,样品在磁场的位臵 71 ,2,探测器 71 ,3,磁场 1 7 ,4,扫场信号、交变磁场 1 8 ,5,调节速度 91 ,6,共振信号等间距 1 9 结 论 91 参考文献 1 9 1 2 , 摘要(Abstract) In the course of the experiment,the most important thing is to adjust the signal of the resonance.That the resonance is strong or feeble will directly affact the course and the result of the experiment.In the process of the adjustment,we will find there are many factors affacting the signal of the resonance.It’s very important to explore the factors and the principle roundly in the experiment. , 关键词,Keywords, 核磁共振 共振信号 磁场 频率 , 引言,Introduction, 核磁共振,Nuclear Magnetic Resonance,～是指具有磁矩的原 子核在静磁场中～受电磁波,通常为射频电磁振荡波RF,激发～而产 生的共振跃迁现象。近年来～随着科学技术的发展～核磁共振技术在 物理、化学、生物、医学等方面得到了广泛的应用～先后有六名科学 家在核磁共振领域获得了诺贝尔奖。 核磁共振实验过程中～遇到的棘手问就是调节共振信号～共振 信号的强弱直接影响到实验的进程与结果～而调节过程中影响共振信 号有无以及强弱的因素有很多～较为全面地探究其影响因素以及原理 是本实验的重中之重。 3 , 正文(Theory parts and experimental details) 1、实验各参数的调节对共振信号的影响 ,1,频率调节 实验中样品处的磁感应强度是以为平均值的正弦振荡磁场。根据～则示波器上两次出现二峰合一时的频率～与的差应相等～但实测: 根据～满足共振条件的边限振荡器的振荡频率应为。 ?、如果边限振荡器的实际振荡频率>>,则共振条件要求样品应处于B >>的磁场中～但因为<<,B =,因而实际磁场不可能满足上述条件～不能出现共振～边限振荡器的输出幅度无变化～示波器显示为一条直线。 B Bz 示波器波形 ?、如果?,设?,～则共振条件要求B?,B ?, ～这可以在符合B = Bz =的某些时刻t得到满足～即会发生共振～这些时刻～边限振荡器的输出振幅下降～示波器上显示出 4 Bz 若干个吸收峰～在Bz的一个周期内有两个～如下图所示。 B 示波器波形 ?、如果=～则共振条件要求B =～此条件在t=0时得到满足～此时示波器上显示的吸收峰是等间距的～此时从边限振荡器上读出的频率即为共振频率。 B = Bz 示波器波形 ?、如果～则共振条件要求～此条件在t=是得到满足～此时示波器上显示的就是“二峰合一”的信号～如下图所示。 Bz B 示波器波形 5 ,2,射频电流调节 增大射频电流～发现频率有所下降,减小射频电流～频率有所上升～为找出最佳实验条件～应遵循“单一变量”法～在改变电流后～应调频回原值～再观察现象。增大射频电流时～示波器上图形出现较大杂波～并且出现大幅跳跃～变得不稳定: 射频电流/μA 20.0 22.0 22.8 峰高/div 1.7 2.0 2.6 根据以上数据～峰高随射频电流增大而增大～但射频电流较大会造成示波器上波形不稳定～引起读数困难～最终确定最合适的射频电流为22.0μA。 ,3,扫场电压调节 减小扫场电压～峰高上升～峰宽变大～波形面积增大,增大扫场电压～峰高降低～峰宽变小～波形面积减小。最终确定最合适的扫场电压为5.0V ,4,样品位臵调节 样品前后移动～峰高逐渐减小～峰宽增大～峰的面积减小至消失。 样品从较稳定的磁场中心位臵向前后移动后～所处位臵的磁感应强度有所减弱～因而对应的共振频率会下降一些。另外～由于样品有一定的宽度～在移动后～由于磁场的不均匀性～穿过样品不同位臵的磁感应强度会有较大的变化～因而整个样品在示波器上的核磁共振峰变 6 宽～同样～位于同一强度磁场下的样品分子数也在减少～因而峰高下降。 2、影响共振信号强弱的其他因素 ,1,样品在磁场的位臵 样品在磁场的位臵很重要～样品的微小移动都会使测量值有较大的改变～应保证处在磁场的几何中心～除非有其他要求。 解决,仅供参考,:如果能将样品和边限振荡器放在一个固定在桌子上、可以通过旋转螺纹相对于刻度进行左右和前后移动的基座上～这样的话或许效果会更好。 ,2,探测器 探头由样品盒和电路盒组成～样品呈柱状～产生高频磁场的线圈绕在外边。由于探头由杆和线圈组成～两者及其容易受到外界因素影响而产生振动～从而引起共振信号的振动。 解决方案,仅供参考,:将杆的两端都固定住～这样可以减小因振动而导致对共振信号的影响。 ,3,磁场 ?、实验中所用的样品是大量同类核的集合～只有当低能级上的原子核数目大于高能级上的核数目～吸收能量比辐射能量多～这样才能观察到核磁共振信号。由式可以看出～温度 7 越高～粒子差数越小～观察核磁共振信号越微弱。温度越低～外磁场 越强～粒子差数越大～越有利于观察核磁共振信号。 ?、磁场在样品范围内还应均匀～因为核磁共振信号由式 决定～如果磁场不均匀～则样品内各部分的共振频率不同。对某个频率的电磁波～将只有少数核参与共振～结果信号被噪声所淹没～难以观察到核磁共振信号。 ?、核磁共振方法测磁感应强度的精确度取决于共振频率的测量精度: 磁铁的作用是产生稳恒磁场～它是核磁共振实验装臵的核心～实验要求磁铁能够产生尽量强的、非常稳定、非常均匀的磁场。首先～因为强磁场有利于更好的观察核磁共振信号,其次～磁场空间分布均匀性和稳定性越好～则核磁共振实验仪的分辨率越高。 ,4,扫场信号、交变磁场 由于扫场的信号频率为50Hz～每当50Hz信号过零时～样品所处的磁场就是恒定磁场。所以应先加大扫场信号～让总磁场有较大幅度的变化范围～以利于找到核磁共振信号～然后调整频率。另外～扫磁、交变磁场加的要合适～如果交变磁场加的过小、过大～都会造 8 成共振信号幅度小。 ,5,调节速度 调节时要缓慢～并且要耐心地仔细观察信号～切勿过急～否则核磁共振信号会一闪而过。 ,6,共振信号等间距 实验中要求在共振信号等间距～并且间距较大时才能测定磁场。但由于人工目测～在示波器上严格地分辨等分间隔是不容易的～并且不确定度较大。 解决方案:当共振点不在扫场过零处时～改变扫场幅度会导致共振信号成对的靠近或分开。只有当共振点恰巧在扫场过零处时～不论扫场幅度加大或减小～共振信号都不会移动～所以可以在共振信号大致等间隔后用这种方法细调。 , 结论,Conclusion, 通过查阅资料和文献～结合对实验中遇到问题的思考～分析得到了影响核磁共振信号的诸多因素～也增进了自己对此项实验的了解。 , 参考文献,References, [1] 吴思诚、王祖栓 《近代物理实验I》 北京大学出版社 [2] 杨福家 《原子物理学》 高等教育出版社 [3] 王金山 《核磁共振谱仪》 机械工业出版社 9