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铁磁共振 (13)

铁磁共振

系别:6系姓名: 陈正学号: PB05210465 实验目的：

本实验的目的在于学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，测量YIG小球（多晶）的共振线宽和g因子。

实验原理：

铁磁共振实验是了解铁原子中电子的磁共振现象。

自旋不为零的粒子，如电子和质子，具有自旋磁矩。如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为

（1）

ΔE = γhB

为稳恒外磁场。

其中：γ为旋磁比，h为约化普朗可常数，B

如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为

hν（2）

其中：ν为交变电磁场的频率。

当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差时，即：

hν = γh B

（3）

（4）

2πν = γ B

低能极上的粒子就要吸收交变电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。

铁磁共振实际上是铁原子的电子自旋顺磁共振，电子能级裂距约为核磁能级裂距的1840倍。所以能级间跃迁所需的能量要比核磁共振需要的能量大的多，因此我们用微波（约9GHZ）来提供电子跃迁所需的能量。

在实验中微波的频率ν是固定的，其提供的能量hν也是固定的。为使铁原子中电子能级间的能量差能等于该值，我们改变直流磁场的电压值，使外磁场磁感应强度B变化，因而使电子能级间的能量差γhB随之改变，使其扫过微波能量值hν，使等式

hν = γhBr

成立，产生铁磁共振。Br为谐振点处的磁感应强度值。

实验内容:

1．熟悉各微波元件，并按照书上图把各元件安装成一完整的实验系统。2．调节微波发生器，使谐振腔与发生器输出微波信号调谐，利用仪器的波长表测出谐振频率f。

3．用非逐点调谐测出检波电流I随d的变化曲线，然后根据B-d曲线作I-B 曲线，计算g因子。

实验注意事项：

实验时应注意：

1，保持谐振腔的输入微波功率和发生器输出信号频率不变；

2，在记录示波器上的数据点时应该快速；

3，实验时应保证样品在谐振腔微波磁场的最大处。

数据处理：

1．测谐振频率：

打开微波电源，先预热半个小时，调节衰减器，使微安表有50μA的指示。然后旋转波长表的螺旋测微器，微安表电流指示逐渐减小，当电流达最小值时，读取螺旋测微器刻度值，对照刻度值与频率的关系对照表，得微波频率值。

实验测得结果见下：

注意:每次测量后应该返回到原状态,再测下一组.

由此可求出谐振频率为：

f=(2.980+2.976+2.978+2.980+2.982+2.980)/6=2.9793mm

对应的频率为8990.9MHZ

该频率对应的波长理论值为2.978mm,所以存在一定的误差

误差分析：在这部分中因为最小值没有一个固定值,且每次都可能定到不同的最小值,那么对应的刻度值就有可能不同,这就会造成误差.

2．测I—B曲线：

将装有样品的部分放入永磁铁的中心部分。

将实验仪的磁场输出端接入永磁铁，逐渐加大励磁电流，记取励磁电流值I(A)，同时读微安表的读数I(μA)，根据转换表将励磁电流值(A)转换为磁感应强度值B，结果见下：

第一组：输入电流由0逐渐变化至最大

第二组：输入电流由最大逐渐变化至0

由此用origin软件处理可得I——B曲线见下：

202530354045505560

对图的分析：

1）电流最大值：电流逐渐减小时大于电流逐渐增大时，因为下降时电路中的铁磁物质被磁化，使其磁性增强；

2）电流最小值：电流逐渐减小时大于电流逐渐增大时，原因同一；

3）曲线有一个特点，这就是共振点两端曲线具有明显的不对称性：左侧变化缓慢，右侧变化比较快，曲线比较陡。 4）曲线左右两侧也具有不对称性；

5）另外，电流逐渐减小时相对于电流逐渐增大时图形由于磁化等原因应该有明显向上的移动，但本图中共振点右侧无次性质，说明实验时读数产生了一定的误差。

计算B ?和g 因子：

对于电流由小到大的过程,由图可以得到 Br=296.4 uA,=?1B 310.8-276.4=34.4 mT 由公式： 22B r r B

g f f B g B μππλγμ==

h 及可得，

代入数据可得：166.210

788.5104.29610582.6109.89902111

322

6=???????=---πg 对于电流由大到小的过程,由图可以得到 Br=302.0uA,=?2B 313.6-284.5 =29.1 mT

同上理：代入数据可得：126.210

788.5100.30210582.6109.89902211

322

6=???????=---πg

所以，综合这两组数据可得：

146

.22

166.2126.2)21(2175.312

4.341.29)(2121=+=+==+=?+?=

?g g g mT B B B

误差分析：

1.本实验主要误差在于读微安表的示数,属主观误差,应尽量避免;

2.在作图求解B ?和r B 时由于读数导致的误差,也属主观误差,应尽量避免;

3.由仪器的自身精度和灵敏度也会导致部分误差,属客观误差.

4.实验时样品很难准确放在谐振腔内磁场最大处

3、用示波器观察共振图像

此步实验关键在于谐振处的选取，我们是这样做的：连接上微安表，调节激励电流至微安表示数最小出，然后再连上示波器观察，将图像记录在坐标纸上。（图像见交上的手写坐标纸）

注意：因为在记录数据的过程中，微波频率会发生一定的变化，因此在记录数据点时应尽量快。

分析：用示波器观察到的共振图像与上面用软件求得的二者的图像有一定的区别，主要原因可能来自示波器的误差，同时求得的与实际输出的肯定也有一定的误差，这就导致了两图的不一致性。

思考题：

1，用位输式谐振腔测B ?时，要保证那些条件？

答：要保证

（1）谐振腔的输入微波功率和发生器输出信号频率不变; （2）保证检波器工作在平方律范围内; （3）保证样品在谐振腔微波磁场的最大处。

2, 使谐振腔与微波信号调谐时，磁铁应置于使系统处于共振还是远离共振的位

置？

答：应该是远离共振的位置，实验中用非逐点调谐时就是处在远离共振点的位置。 3，本实验所用谐振腔内可以把样品放置于任意位置吗？

答：不能；实验中要求将铁氧体小球置于谐振腔微波磁场的最大处，使其处于相互垂直的稳恒磁场B 和微波磁场Hm 中，因此对样品的放置位置有要求，所以不能放于任意位置。

4，能否从实测结果曲线（图2.3.2-5）中，取曲线高度一半处对应的磁场差作为

B ?？为什么？

答：不能；由图2.3.2-2可知共振线宽B ?为''21

μ处对应的B ?，而B-μ的测量不方

便，但由腔的微扰理论，有

????

???=???

? ???--=?''41)1'(0μμωω

A Q A L

又因为 2

100)(4)(L e e in out Q Q Q P P ?=

ωω

即2

0)(L out Q P ∝ω，所以可通过Q L 的变化来测量μ，而Q L 的变化可通过Pout

的变化来测量，B ?对应的输出功率

21)1(4+=

r P P P P ≈

P P P P +002

所以不能简单的通过用曲线高度一半处的磁场差作为B ?

实验总结：

通过本次实验我们了解了用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，而且实验中我们学到了一种方法,那就是对于较难测量的物理量我们可以通过先测量与之相关的较易测量的物理量，再通过二者之间关系，确定出较难测量的物理量。

附：实验原始数据与同组张如意共一份！

铁磁共振实验报告

一、实验背景早在1935年，著名苏联物理学家兰道（Lev Davydovich Landau 1908—1968）等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性．经过十几年，在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振吸收现象，后来波耳得（Polder ）和侯根（Hogan ）在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，发明了铁氧体的微波线性器件，使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段．自20世纪40年代发展起来后，铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样，成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段．微波铁磁共振现象是指铁磁介质处在频率为?0的微波电磁场中，当改变外加恒定磁场H 的大小时，发生的共振吸收现象．通过铁磁共振实验，我们可以测量微波铁氧体的共振线宽、张量磁化率、饱和磁化强度、居里点等重要参数．该项技术在微波铁氧体器件的制造、设计等方面有着重要的应用价值．二、实验目的 1．了解微波谐振腔的工作原理，学习微波装置调整技术． 2．掌握铁磁共振的基本原理，观察铁磁共振现象． 3．测量微波铁氧体的共振磁场B ，计算g 因子．三、实验原理 1.磁共振自旋不为零的粒子,如电子和质子,具有自旋磁矩．如果我们把这样的粒子放入稳恒的外磁场中，粒子的磁矩就会和外磁场相互作用使粒子的能级产生分裂，分裂后两能级间的能量差为: 02B h E πγ=? （1）（其中，γ为旋磁比，h 为普朗克常数，0B 为稳恒外磁场）．又有e m e g 2=γ，故0022B g B h m e g E B e μπ =?=?．（其中，g 即为要求的朗德g 因子，其值约为2．πμe B m eh 4=为玻尔磁子，其值为1241074.29--??T J ）若此时再在稳恒外磁场的垂直方向加上一个交变电磁场，该电磁场的能量为

核磁共振实验报告

核磁共振实验报告一、实验目的： 1．掌握核磁共振的原理与基本结构； 2．学会核磁共振仪器的操作方法与谱图分析； 3．了解核磁共振在实验中的具体应用；二、实验原理核磁共振的研究对象为具有磁矩的原子核。原子核是带正电荷的粒子，其自旋运动将产生磁矩，但并非所有同位素的原子核都有自旋运动，只有存在自选运动的原子核才具有磁矩。原子核的自选运动与自旋量子数I有关。I=0的原子核没有自旋运动。I≠0的原子核有自旋运动。原子核可按I的数值分为以下三类： 1)中子数、质子数均为偶数，则I=0，如12C、16O、32S等。 2)中子数、质子数其一为偶数，另一为基数，则I为半整数，如： I=1/2；1H、13C、15N、19F、31P等； I=3/2；7Li、9Be、23Na、33S等； I=5/2；17O、25Mg、27Al等； I=7/2，9/2等。 3)中子数、质子数均为奇数，则I为整数，如2H、6Li、14N等。以自旋量子数I=1/2的原子核（氢核）为例，原子核可当作电荷均匀分布的球体，绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一个小磁铁。当置于外加磁场H0中时，相对于外磁场，可以有（2I+1）种取向：氢核（I=1/2），两种取向（两个能级）： a.与外磁场平行，能量低，磁量子数ｍ＝＋1/2; b.与外磁场相反，能量高，磁量子数ｍ＝－1/2;

正向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。两种进动取向不同的氢核之间的能级差：△E= μH0（μ磁矩，H0外磁场强度）。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。三、实验仪器 400MHz超导傅里叶变换核磁共振波谱仪（仪器型号：AVANCE III 400）四、仪器构造、组成 1)操作控制台：计算机主机、显示器、键盘和BSMS键盘。计算机主机运行Topspin程序，负责所有的数据分析和存储。BSMS键盘可以让用户控制锁场和匀场系统及一些基本操作。 2)机柜：AQS（采样控制系统）、BSMS（灵巧磁体系统），VTU（控温单元）、各种功放。 AQS各个单元分别负责发射激发样品的射频脉冲，并接收，放大，数字化样品放射出的NMR信号。AQS完全控制谱仪的操作，这样可以保证操作不间断从而保证采样的真实完整。BSMS：这个系统可以通过BSMS键盘或者软件进行控制，负责操作锁场和匀场系统以及样品的升降、旋转。3)磁体系统：自动进样器、匀场系统、前置放大器(HPPR)、探头。本仪器所配置的自动进样器可放置60个样品。磁体产生NMR跃迁所需的

铁磁共振

用传输式谐振腔观测铁磁共振铁磁共振在磁学和固体物理学中都占有重要地位。它是微波铁氧体物理学的基础，而微波铁氧体在现代雷达和微波通信方面都有重要应用。铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振一样，成为研究物质宏观性能和微观结构的有效手段。早在1935年，著名苏联物理学家兰道（Lev Davydovich Landau 1908—1968）等就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性。经过若干年在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振现象。多晶铁氧体最早的铁磁共振实验发表于1948年。以后的工作则多采用单晶样品。实验目的 1．了解微波谐振腔的工作原理，学习微波装置调整技术。 2．通过观测铁磁共振，进一步认识磁共振的一般特性和实验方法。实验原理 1．微波谐振腔在微波技术中谐振腔是一个非常重要的部分。所谓微波谐振腔就是一个封闭的金属导体空腔，一般为矩形或圆柱形。腔壁反射电磁波辐射，使电磁波局限在空腔内部。谐振腔的入射端开一小孔，使电磁波进入谐振腔。电磁波在腔内连续反射。若波形和频率与谐振腔匹配，可形成驻波，也即发生谐振现象。如谐振腔无损耗，则腔内振荡便可持续下去。（1）矩形波导管矩形截面的空心导体管构成矩形波导，它是传播微波最常用的传输线。矩形谐振腔实际上是一段封闭的矩形波导，即在波导入射端和出射端加装了反射电磁波的金属片。理论分析表明：在波导管中不存在电场纵向分量和磁场纵向分量同时为零的电磁波。在波导管中传播的电磁波可以分为两大类：（1）横电波又称为磁波。简写为TE波或H波；磁场可以有纵向和横向分量，但电场只有横向分量。矩形波导管传播的基本波形是TE10波。（2）横磁波又称为电波，简写为TM波或E波；电场可以有纵向和横向分量，但磁场只有横向分量。至于电场和磁场的纵向分量都不为零的电磁波，则可以看成横电波和横磁波迭加而成。在实际应用中，总是把波导管设计成只能传播单一波形。我们使用的矩形波导管只能传播TE10波。

顺磁共振实验报告

近代物理实验报告顺磁共振实验学院班级姓名学号时间 2014年5月10日

顺磁共振实验实验报告【摘要】电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电子顺磁共振；因为分子和固体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡献所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR ”或“ESR ”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。【关键词】顺磁共振，自旋g 因子，检波【引言】顺磁共振（EPR ）又称为电子自旋共振（ESR ），这是因为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子自旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率，能深入物质内部进行超低含量分析，但并不破坏样品的结构，对化学反应无干扰等优点，对研究材料的各种反应过程中的结构和演变，以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象，测量有机自由基DPPH 的g 因子值，了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用，从矩形谐振长度的变化，进一步理解谐振腔的驻波。【正文】一、实验原理（1）电子的自旋轨道磁矩与自旋磁矩原子中的电子由于轨道运动，具有轨道磁矩，其数值为： 2l l e e P m μ=- ，负号表示方向同l P 相反。在量子力学中(1)l P l l =+，因而 (1)(1)2l B e e l l l l m μμ=+=+，其中2B e e m μ=称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外

核磁共振谱(A)

教学目标：了解核磁共振的原理，在有机化合物结构表征中的应用。教学重点：能解析简单的H-NMR谱图教学安排: A >D4—>D5；100min 2— 具有奇数原子序数或原子质量的元素，如1H、13C、15N、17O、27A1、31P等原子在磁场中、适宜频率的无线电波幅射下会发生共振现象，称为核磁共振。（又写作NMR,nuclear maganetic resonanal）。如果是氢原子共振称为氢核磁共振（1H-NMR），如果是13C共振称为13C一核磁共振（13C-NMR）。所得的谱图常称为氢谱和碳谱。1H-NMR能给出分子中H和C的数目以及H的化学环境，故是表征有机化合物的重要工具，普遍被应用。这里主要介绍1H-NMR。一、基本原理 1．原子核的自旋质子与电子一样，是自旋的。有自旋量子数+1/2和-1/2 两个自旋态，其能量相等，处于两个自旋态的几率相等。自旋时产生的自旋磁场的方向与自旋轴重合。在外磁场H 0作用下，两个自旋态能量是不再相等。能量低的是自旋磁场与外磁场同向平行，能量高的是自旋磁场与外磁场逆相平行。两种自旋态的能量差△E随着外磁场强度增加而变大。 2．核磁共振的条件在外磁场中，质子受到电磁波（无线电波）幅射，只要电磁波的频率能满足两个相邻自旋态能级间的能量差△E，质子就由低自旋态迁跃到高自旋态，发生核磁共振。质子共振需要的电磁波的频率与外磁场强度成正比。

实现共振有两种方法： ν，为扫频。 ①固定外磁场强度H 0不变，改变电磁波频率 ②固定电磁波频率ν不变，改变磁场强度H 0，称为扫场。两种方式的共振仪得到的谱图相同，实验室多数采用后一种，如60MHz，100MHz，400MHz 就是指电磁波频率。 3．核磁共振仪的构造及操作核磁共振仪由可变磁场，电磁波发生器，电磁波接收器，样品管等部分组成，如下面图: 样品放在两块大电磁铁中间，用固定的无线电波照射，在扫描线圈中通直流电，产生微小的磁场，使总的外磁场逐渐增加。当磁场达到H 1时，试样的一种质子发生共振。信号经放大记录，并绘制出核磁共振谱图,如上右图。二、1H-NMR的化学位移分子中的H与质子不同，由于化学环境（周围电子）不同，引起核磁共振信号位置的变化称为化学位移，用σ 表示，也曾用τ表示。 1．屏蔽效应

核磁共振实验报告

1、前言和实验目的核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在外磁场中磁能级之间发生共振跃迁的现象。本实验的样品在外磁场中，外磁场使样品核能级因核自旋不同的取向而分裂，在数千高斯外磁场下核能级的裂距一般在射频波段，样品在射频电磁波作用下，粒子吸收电磁波的能量，从而产生核能级的跃迁。1932年发现中子后，才认识到核自旋是质子自旋和中子自旋之和，质子和中子都是自旋角动量为2 的费米子，只有质子数和中子数两者或其一为奇数时，核才有非零的核磁矩，正是这种磁性核才能产生核磁共振。核磁共振信号可提供物质结构的丰富信息，如谱线的宽度、形状、面积、谱线在频率或磁场刻度上的准确位置、谱线的精细结构、超精细结构、弛豫时间等，加之是对样品的无损测量，广泛的应用于分子结构的确定、液相和固相的动力学研究、医用诊断、固体物理学、分析化学、分子生物学等领域，是确定物质结构、组成和性质的重要实验方法。核磁共振还是磁场测量和校准磁强计的标准方法之一，其不确定度可达001.0±%。实验目的：（1）掌握核磁共振的实验原理和方法（2）用核磁共振方法校准外磁场B ，测量氟核的F g 因子以及横向驰豫时间2T 2、实验原理如原子处在磁场中会发生能级分裂一样，许多原子核处在磁场中也会发生能级的分裂，因为原子核也存在自旋现象。质子和中子都是自旋角动量等于2 的费米子，当质子数和中子数都为偶数时原子核的磁矩为0，当其一为奇数时原子核磁矩为半整数，当两个都为奇数时核磁矩为整数。只有具有核磁矩的原子核才有核磁共振现象。我们知道在微观世界里物理量都只能取分立的值，即都是量子化的。原子核的角动量也只能取分立的值 )1(+= I I p ,I 为自旋量子数，取分立的值。对于本实验用到的H 1和F 19，自旋量子数I 都为1/2。沿z 方向的角动量为 m p z =，在这里m 只能取1/2或-1/2。而自旋角动量不为0的核具有核磁矩p m e g p 2F =，考虑沿z 轴方向则有N z p Z mgF p m e G F ==2，其中以 γ== p z m e F 2为原子核磁矩的基本单位，p m e 2=γ。在没有磁场作用时，原子核的能量时一样的，但处于磁场中则会发生能级分裂， B m γ-B -F B F E Z =?=?-=，本实验中1=?m ，故有B E γ=?。外加一射频场，当满足一定的条件时就会发生共振吸收，条件为πγγυ2hB B E h = =?= ，从而有共振频率B π γ υ2= 。通过

核磁共振谱光谱

第八章核磁共振谱光谱学习要求： 1、学会如何借助光学技术来分析化合物的结构。 2、掌握谱图分析，了解各种质子化学位移的位置。 3、知道影响化学位移的因素。由上面的讨论可知，对于一个未知物，红外光谱可以迅速地鉴定出未知物分子中具有的哪些官能团，能指出是什么类型的化合物，但它难以确定未知物的精细结构。自20世纪50年代中期，核磁共振技术开始应用于有机化学，对有机化学产生了巨大的影响，已发展成为研究有机化学最重要的工具之一，成为有机化合物结构测定不可缺少的手段。 8.1基本原理（1）核磁共振现象核磁共振是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。核的自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在着一定的关系：当原子的质量数和原子序数两者之间是奇数或两者均为奇数时，I≠0，该原子核就有自旋现象，产生自旋磁矩。如等。当原子的质量数和原子序数均为偶数时，I=0，原子核不能产生自旋运动，也没有磁矩，如等。当I≠0的原子核置于一均匀的外磁场（H O）中时，核的自旋具有（2I+1）个不同的取向。对于氢原子核（I=1/2），其自旋产生的磁矩在外磁场中可有两种取向：一种是与外磁场方向相同，称为顺磁取向。该取向的磁量子数m=+1/2,或用α表示。另一种是与外磁场方向相反，称为反磁取向。该取向的磁量子数m=-1/2，或用β表示。反磁取向的能量较顺磁取向的能量高，这两种取向的能量差⊿E与外加磁场的强度成正比。 ⊿E= 式中h为普朗克常量，γ为核常数，称为核磁比。对于氢原子，γ=26750。以上关系如图9-28所示。不过即使在很强的外加磁场中，⊿E数值也很小。对于氢原子核，当 H0=14092G（高斯，1G=10-4T）时，⊿E仅为2.5×10-5kJ/mol,当H0=23468G时，⊿E约为4×10-5kJ/mol,相当于电磁波谱中射频区的能量。若外界提供电磁波，其频率适当，能量恰好等于核的两个自旋能级之差，hγ=⊿E则此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，发生核磁共振吸收。核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance）谱就是描述在不同电磁频率下的核磁共振吸收情况。由上面的公式可得：bfsdjbchvbhsd 从上式可看出，一个特定的核（γ=常数），只有一种共振频率能使核从低能级跃迁至高能级，发生核磁共振。上式又叫共振条件。例如1H，当H0=1.0×104G时，γ=100MHz。而当H0=14092G时，13C和19F产生核磁共振所需要的频率分别为24.29和15.08MHz。有机化学中研究得最多，应用得最广泛的是氢原子核（即质子1H）的核磁共振谱，又叫质子磁共振谱(Proton Magnetic Resonance),简写为PMR或1HNMR。近年来13C的核磁共振谱（13CNMR）有较大的发展，限于篇幅，这里只介绍核磁共振氢谱（1HNMR）。（2）核磁共振仪简介：图9-29为核磁共振仪示意图。其核心部件是一个强度很大的磁铁，样品管放在磁铁两极之间，样品管周围为射频线圈。其轴垂直于磁场方向，输入线圈的轴垂直输出线圈的轴。因而三者相互垂直，互不干扰。实现核磁共振的方法有两种：一是固定磁场H0，改变频率γ，这种方法叫扫频；另一是固定频率γ改变磁场H0，这种方法叫扫场。一般的核磁共振仪中多用扫场的方法。当磁场Ho和频率满足共振条件时，样品中的质子便发生能级跃迁，接收器就会收到信号，有记录仪记录下来。实验室中常用的核磁共振仪有60MHz,90MHz,100MHz,220MHz,甚至可到400MHz。（3）化学位移和屏蔽效应：

物理实验报告_铁磁共振

铁磁共振摘要本实验观察了速调管的振荡模式，谐振腔的谐振曲线，单晶样品的共振曲线，用逐点法测量了多晶样品的共振曲线．实验测得谐振腔的有效品质因数为861.24，测得单晶样品共振线宽H D ＝224.5Ａ／ｍ，旋磁比g ＝11 2.1810′Ｈｚ·ｍ／Ａ，朗德因子ｇ＝2.4，弛豫时间t ＝7 2.1410 -′ｓ．测得多晶样品H D ＝31847.5Ａ／ｍ，g ＝11 2.3610′Ｈｚ· ｍ／Ａ，ｇ＝2.6，t ＝10 2.110 -′s ．关键词铁磁共振，共振曲线，谐振曲线，品质因数，微波一、引言共振是自然界中普遍存在的一种客观现象.共振技术被广泛应用于机械、化学、力学、电磁学、光学、原子与分子物理学、工程技术等几乎所有的科技领域.磁共振是发生在既有角动量又有磁矩的系统在磁场作用下形成的塞曼能级间的共振感应跃迁，它不但具有共振的共性，还有其自身的特点.在目前可得到的磁感应强度的条件下，磁共振所涉及的共振频率通常处于射频和微波频段. 铁磁共振是于20世纪40年代发展起来的一种研究物质宏观性能和微观结构的重要实验手段，是指铁磁体材料在受到相互垂直的稳恒磁场和交变磁场的共同作用时发生的共振现象．利用铁磁共振现象可以测量体磁体材料的g 因子、共振线宽、弛豫时间等性质．该项技术在微波铁氧体器件的制造、设计等方面有着重要的应用价值．通过本实验，熟悉微波传输中常用的元件及其作用，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件．二、实验原理 1、铁磁共振当铁磁体材料同时受到两个相互垂直的磁场，即恒定磁场0H 和微波交变磁场h ，在0H 的作用下，铁磁体的磁化强度将围绕0H 进动，进动频率为： 00H w g = （1）

第三章核磁共振谱

第三章核磁共振谱一、选择题 1．下列哪一组原子核的核磁矩为零；不产生核磁共振信号的是（） A 2H、14N B 19F、12 C C 1H、13C D 16O、12C 2．在外磁场中，其核磁矩只有两个取向的核是( ) A 2H 19F 13C B 1H、2H、13 C C 13C、19F、31P D 19F 31P 12C 3．在外磁场中，质子发生核磁共振的条件为( ) A 照射频率等于核进动频率 B 照射电磁波的能量等于质子进动的能量 C 照射电磁波的能量等于质子进动的两个相邻能级差 D 照射电磁波的能量等于使核吸收饱和所需的能量 4. 不影响化学位移的因素是（） A 核磁共振仪的磁场强度 B 核外电子云密度 C 磁的各向异性效应Ｄ内标试剂 5．自旋量子数I=1/2的原子核在磁场中，相对于外磁场，有多少种不同的能量状态？（） A 1 B ２ C ４ D 0 6. 下列五个结构单元中的质子δ最大的是（） A Ar-H B Ar-CH3 C HC-C=O D RCOOCH３ 7．下面四个化合物中在核磁共振谱中出现单峰的是（） A CH3CH2Cl B CH3CH2OH C CH3CH3 D CH3CH(CH3)2 8．下面四个化合物质子的化学位移最小的者是（） A CH3F B CH4 C CH3Cl D CH3Br 9. 使用60MHz 核磁共振仪，化合物中某质子和四甲基硅烷之间的频率差为120Hz，其化学位移值δ为（） A 120 B 1.20 C 0.20 D 2.0 10. 某化合物中两种相互偶合质子，在100兆周的仪器上测出其化学位移δ差为 1.1，偶合常数(J)为5.2Hz，在200兆周仪器测出的结果为( )。 A δ差为2.2，J为10.4Hz B 共振频率差为220Hz，J为5.2Hz C δ差为 1.1，J为0.4Hz D 共振频率差为110Hz，J为5.2Hz 11. 常见的碳谱是一条条单峰；这是因为 ( ) A 个相邻的碳同为13C的几率很少，它们不会偶合，所以都是单峰 B 除A的原因外，碳氢之间会相互偶合，使图谱相当复杂，常见的碳谱是全去偶得到的谱图 C 除A的原因外，碳氢之间是不同类型的原子核不会偶合，所以都是单峰 D 除A原因外，碳氢之间偶合常数很小，无法观察，所以一般碳谱都为单峰

磁共振的基本原理

磁共振基本原理磁共振成像的依据是与人体生理、生化有关的人体组织密度对核磁共振的反映不同。要理解这个问题，就必须知道核磁共振和核磁共振的特性。一、核磁共振与核磁共振吸收的宏观描述由力学中可知，发生共振的条件有二: 一是必须满足频率条件，二是要满足位相条件。原子核是自旋的，它绕某个轴旋转（颇像个陀螺）。旋转时产生一定的微弱磁场和磁矩。将自旋的原子核放在一个均匀的静磁场中，受磁场作用，原子核的自旋轴会被强制定向，或与磁场方向相同，或与磁场方向相反。重新定向的过程中，原子核的自旋轴将类似旋转陀螺般的发生进动。不同类的原子核有不同的进动性质，这种性质就是旋转比（非零自旋的核具有特定的旋转比），用γ表示。进动的角频率ω一方面同旋转比有关；另一方面同静磁场的磁场强度 B 有关。其关系有拉莫尔（Larmor）公式（ω又称拉莫尔频率） : ω=γ·B (6-1) 静磁场中的原子核自旋时形成一定的微弱势能。当一个频率也为ω的交变电磁场作用到自旋的原子核时，自旋轴被强制倾倒，并带有较强的势能；当交变电磁场消除后，原子核的自旋轴将向原先的方向进动，并释放其势能。这种现象就是核磁共振现象（换言之，当电磁辐射的圆频率和外磁场满足拉莫尔公式时，原子核就对电磁辐射发生共振吸收），这一过程也称为弛豫过程，释放势能所产生的电压信号就是核磁共振信号．也被称为衰减信号（FID）。显然，核磁共振信号是一频率为ω的交变信号，其幅度随进动过程的减小而衰减。图6-1表示几种原子核的共振频率与磁场强度的关系。这些频率是在电磁波谱的频带之内，这样的频率大大低于 X 线的频率，甚至低于可见光的频率。可见它是无能力破坏生物系统的分子的。在实际情况下，由于所研究的对象都是由大量原子核组成的组合体，因此在转入讨论大量原子核在磁场中的集体行为时，有必要引人一个反映系统磁化程度的物理量来描述核系统的宏观特性及其运动规律。这个物理量叫静磁化强度矢量，用 M表示。由大量原子核组成的系统，相当于一大堆小磁铁，在无外界磁场时，原子核磁矩μ的方向是随机的，系统的总磁矩矢量为（6-2）如果在系统的 Z 轴方向外加一个强静磁场B。，原子核磁矩受到外磁场的作用，在自身转动的同时又以 B。为轴进动，核磁矩取平行于 BO 的方向。按照波尔兹曼分布，在平衡状态下，处于不同能级的原子核数目不相等，使得原子核磁矩不能完全互相抵消，从而有（6-3）此时可以说系统被磁化了，可见 M 是量度原子核系统被磁化程度的量，是表示单位体积中全部原子核磁矩的矢量和。图6-1几种原子核的共振频率与磁场强度的关系 1

近代物理实验报告—铁磁共振

铁磁共振【摘要】本实验利用调速管产生微波，观察了谐振腔的谐振曲线，测得谐振腔的有效品质因数为1507，并进一步利用谐振腔研究了单晶和多晶样品的铁磁共振性质，得到了单晶样品和多晶样品的的共振线宽，旋磁比，朗德因子以及弛豫时间，并用逐点法测量了多晶样品的共振曲线。【关键词】微波、铁磁共振、品质因数一、引言早在1935年，著名苏联物理学家朗道就提出铁磁性物质具有铁磁共振特性。经过十几年，在超高频技术发展起来后，才观察到铁磁共振吸收现象，后来波耳得（Polder ）和侯根（Hogan ）在深入研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，发明了铁氧体的微波线性器件，使得铁磁共振技术进入了一个新的阶段。自20世纪40年代发展起来后，铁磁共振和核磁共振、电子自旋共振等一样，成为研究物质宏观性能和用以分析其微观结构的有效手段。铁磁共振是指铁磁体材料在受到相互垂直的稳恒磁场和交变磁场的共同作用时发生的共振现象。它可以用于测量体磁体材料的g 因子、共振线宽、弛豫时间等性质。通过本实验熟悉微波传输中常用的元件及其作用，掌握传输式谐振腔的工作特性，了解谐振腔观察铁磁共振的基本原理和实验条件。二、实验原理 1、铁磁共振原理当铁磁体材料同时受到两个相互垂直的磁场，即恒定磁场0H 和微波交变磁场h ，在0H 的作用下，铁磁体的磁化强度将围绕0H 进动，进动频率为： 00H γω=（1）其中γ为铁磁体材料的旋磁比，即： m e g 20μγ= （2）其中g 为朗德因子，0μ为真空磁导率，e 、m 分别电子电量和电子质量。由于阻尼作用，磁化强度将趋向于0H ，但是如果当微波频率0w w =时，进动的磁矩从微波场中吸收的能量刚好抵消阻尼所损耗的能量，则进动会稳定地进行，发生共振吸收现象，即铁磁共振现象。此时，铁磁体的磁导张量可表示为

近代物理实验报告

2019/8/9 18:29:00近代物理实验报告2 实验名称：铁磁共振指导教师：鲍德松专业：物理班级：求是物理班1401 姓名：朱劲翔学号：3140105747 实验日期：2016.10.19

实验目的： 1. 初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。 2．掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。 3．测量铁氧体材料的共振磁场r B ,共振线宽B ?，旋磁比γ以及g 因子和弛豫时间 τ。实验原理：根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子的未满壳层中存在的非成对电子自旋磁矩。一块宏观的铁磁体包含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕着外磁场方向作进动。当铁磁物质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场0B ρ 和微波磁场1B ρ的作用后，磁矩的进动情况将发生重要的变化。一方面，恒磁场0B ρ 使铁磁场物质被磁化到饱和状态，当磁矩M ρ 原来平衡方向与0B ρ有夹角θ时，0B ρ使磁矩绕它的方向作进动，频率为h B g B H μν=；另一方面，微波磁场1B ρ强迫进动的磁矩M ρ随着1B ρ的作用

而改变进动状态，M ρ 的进动频率再不是H ν了，而是以某一频率绕着恒磁场0B ρ作进动，同时由于进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图（8—1）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。当维持微波磁场作用时，且微波频率ν=H ν时，耦合到M ρ的能量刚好与M ρ 进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就维持稳定的进动，如图（8—2）所示。铁磁共振的原理图如图（8—3）所示。在恒磁场0B ρ（即0H ρ ）和微波磁场1B ρ（即h ρ）的作用下，其进动方程可写为： dt M d ρ = -γ（M ρ×H ρ）+ T ρ (8-1) 上式中e m e g 2=γ为旋磁比，g 为朗德因子，B ρ（即H ρ）为恒磁场0B ρ（即0H ρ）和微波磁场1B ρ（即h ρ）合成的总磁场，T ρ 为阻尼力矩，此系统从微波磁场1B ρ中所吸收的全部能量，恰好补充铁磁样品通过某机制所损耗的能量。阻尼的大小还意味着进动角度θ减少的快慢，θ减少得快，趋于平衡态的时间就短，反之亦然。因此这种阻尼可用弛豫时间τ来表示，τ的定义是进动振幅减小到原来最大振幅的e 1所需要的时间。图（8—1）进动振幅逐渐衰减图（8—2）微波磁场作用抵消阻尼，趋于平衡

磁共振的原理

磁共振的原理固体在恒定磁场和高频交变电磁场的共同作用下，在某一频率附近产生对高频电磁场的共振吸收现象。在恒定外磁场作用下固体发生磁化，固体中的元磁矩均要绕外磁场进动。由于存在阻尼，这种进动很快衰减掉。但若在垂直于外磁场的方向上加一高频电磁场，当其频率与进动频率一致时，就会从交变电磁场中吸收能量以维持其进动，固体对入射的高频电磁场能量在上述频率处产生一个共振吸收峰。若产生磁共振的磁矩是顺磁体中的原子（或离子）磁矩，则称为顺磁共振；若磁矩是原子核的自旋磁矩，则称为核磁共振。若磁矩为铁磁体中的电子自旋磁矩，则称为铁磁共振。核磁矩比电子磁矩约小3个数量级，故核磁共振的频率和灵敏度比顺磁共振低得多；同理，弱磁物质的磁共振灵敏度又比强磁物质低。从量子力学观点看，在外磁场作用下电子和原子核的磁矩是空间量子化的，相应地具有离散能级。当外加高频电磁场的能量子hv等于能级间距时，电子或原子核就从高频电磁场吸收能量，使之从低能级跃迁到高能级，从而在共振频率处形成吸收峰。利用顺磁共振可研究分子结构及晶体中缺陷的电子结构等。核磁共振谱不仅与物质的化学元素有关，而且还受原子周围的化学环境的影响，故核磁共振已成为研究固体结构、化学键和相变过程的重要手段。核磁共振成像技术与超声和X射线成像技术一样已普遍应用于医疗检查。铁磁共振是研究铁磁体中的动态过程和测量磁性参量的重要方法。磁共振基本原理

磁共振（回旋共振除外）其经典唯象描述是：原子、电子及核都具有角动量，其磁矩与相应的角动量之比称为磁旋比γ。磁矩M 在磁场B中受到转矩MBsinθ（θ为M与B间夹角）的作用。此转矩使磁矩绕磁场作进动运动，进动的角频率ω=γB，ωo称为拉莫尔频率。由于阻尼作用，这一进动运动会很快衰减掉，即M达到与B 平行，进动就停止。但是，若在磁场B的垂直方向再加一高频磁场b（ω）（角频率为ω），则b（ω）作用产生的转矩使M离开B，与阻尼的作用相反。如果高频磁场的角频率与磁矩进动的拉莫尔（角）频率相等ω =ωo，则b（ω）的作用最强，磁矩M的进动角（M与B角的夹角）也最大。这一现象即为磁共振。磁共振也可用量子力学描述：恒定磁场B使磁自旋系统的基态能级劈裂，劈裂的能级称为塞曼能级（见塞曼效应），当自旋量子数S=1/2时，其裂距墹E=gμBB，g 为朗德因子，为玻尔磁子，e和me为电子的电荷和质量。外加垂直于B的高频磁场b（ω）时，其光量子能量为啚ω。如果等于塞曼能级裂距，啚ω=gμBB=啚γB，即ω=γB（啚=h/2π，h为普朗克常数），则自旋系统将吸收这能量从低能级状态跃迁到高能级状态（激发态），这称为磁塞曼能级间的共振跃迁。量子描述的磁共振条件ω=γB，与唯象描述的结果相同医`学教育网搜集整理。

顺磁共振实验报告

近代物理实验报告顺磁共振实验学院班级姓名学号时间2014 年 5 月10 H

顺磁共振实验实验报告【摘要】电子顺磁共振又称电子自旋共振。由于这种共振跃迁只能发生在原子的周有磁矩不为零的顺磁材料中，因此被称为电子顺磁共振；因为分子和周体中的磁矩主要是自旋磁矩的贡獻所以又被称为电子自旋共振。简称“EPR”或“ESR”。由于电子的磁矩比核磁矩大得多，在同样的磁场下，电子顺磁共振的灵敏度也比核磁共振高得多。在微波和射频范围内都能观察到电子顺磁现象，本实验使用微波进行电子顺磁共振实验。【关键词】顺磁共振，自旋兰闵子，检波【引言】顺磁共振（EPR）又称为电子肖旋共振（ESR）,这是冈为物质的顺磁性主要来自电子的自旋。电子自'旋共振即为处于恒定磁场中的电子自旋在射频场或微波场作用下的磁能级间的共振跃迁现象。顺磁共振技术得到迅速发展后广泛的应用于物理、化学、生物及医学等领域。电子肖旋共振方法具有在高频率的波段上能获得较高的灵敏度和分辨率，能深入物质内部进行超低含量分析，但并不破坏样品的结构，对化学反应无干扰等优点，对研究材料的各种反应过程中的结构和演巫，以及材料的性能具有重要的意义。研究了解电子自旋共振现象，测量有机自由基DPPH的g闵子值，了解和掌握微波器件在电子自由共振中的应用，从矩形谐振长度的变化，进一步理解谐振腔的驻波。

【正文】一、实验原理 (1)电子的肖旋轨道磁矩与肖旋磁矩原子中的电子由于轨道运动，具有轨道磁矩，其数值为：刀儿，负号表示方向同E相反。在量子力学中E=』(/+1)方,因而均=屮Q+1)-^― = Jo + “B = 4r~ -九，其中2叫称为玻尔磁子。电子除了轨道运动外 “、= y]s(S+\) —还具有自旋运动，因此还具有肖旋磁矩，其数值表示为：m 叫。由于原子核的磁矩可以忽略不计，原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩合成原子少 _ & 丄号&=] + 旳+Ta+i)+s(w) 的总磁矩：2他,其中弐是朗德闵子：2山+ 1) 。在外磁场中原子磁矩要受到力的作用，其效果是磁矩绕磁场的方向作旋进，也e 就是巧绕着磁场方向作旋进，引入回磁比2叫，总磁矩可表示成H严泻。同时原子角动量巧和原子总磁矩"丿取向是量子化的。勺在外磁场方向上的投影为： Pj =斤谄,m = jJ-\J-2,...-j o其中m称为磁量子数，相应磁矩在外磁场方向上的投影为：“丿=ymh=-mg“B ; m = j,j-Xj-2、??.一j。 (2)电子顺磁共振

核磁各种谱图介绍

一维氢谱：一维碳谱：二维谱：异核相关谱：HSQC, HMQC, HMBC 异核相关谱特别是13C-HSQC(HSQCED)比一般一维碳谱要灵敏的多，同时还能区分与奇数或偶数相连的碳，结合HMBC，能有效监测碳的化学位移并节省时间。建议做1维碳谱的同学，做13C-HSQC和13C-HMBC和一维氢谱。同时也可以作15N-HSQC，15N-HMBC。同核相关谱：dqfCOSY, NOESY, TOCSY，ROESY 对于小分子COSY通过化学耦合常数观测三键相连的氢-氢相关， NOESY主要用来测量氢-氢的距离相关，对于小分子可以采用长的混合时间通常是大于300毫秒；TOCSY主要用来检测氢-氢通过耦合常数耦合并在一定混合时间内达到全程相关，可以用来观测长于三键的氢-氢相关。ROESY与NOESY相似，对于分子量在1000-2000道尔顿的化合物，ROESY比较理想。考虑到不同课题组的研究内容不同，有些需要在水溶液或者在D2O里做，这就要考虑溶剂峰的压制。激发雕蚀压水比较理想，可以利用此技术来压制溶剂峰。通常的一维和二维实验都要采取压制溶剂峰的脉冲序列。交换实验：用NOESY的脉冲序列，只是改变交换混合时间d8，做一系列实验二维实验。化学交换实验可以测定化合物两种构象之间的交换速率，同时也能区分同一组成中的两种构象。对于对映体的区分比较有用。同时有可能观测到交换过程中的中间体。下面是三台核磁仪器上的实验参数名称核磁402: 1.2DNOESYinD2O:此实验主要利用压水的脉冲序列，如果有水存在样品，可以考虑用此参数。对于小分子化合物，建议设置d8在500ms-800ms范围内。同时此脉冲可以用来在有水存在下作交换实验，类似EXSY。 2.1DinD2O:压水的1维氢谱，水溶剂的峰几乎可以压到溶质峰以下 3.dqfCOSY:双量子过滤的COSY 4.TOCSYinD2O:在有水存在下的TOCSY实验，水峰可以达到理想的压制。

铁磁共振

实验题目：铁磁共振实验目的：学习用传输式谐振腔法研究铁磁共振现象，测量YIG小球（多晶）的共振线宽和g因子。实验仪器：微波发生器，隔离器，定向耦合器，晶体检波器，微安计，谐振腔，铁氧体小球，精密衰减器，磁铁，示波器。实验原理：（点击跳过实验原理和实验内容）铁磁共振：在微波波段，只有铁氧体对微波吸收最小。当满足一定条件时，铁磁性物质从微波磁场中强烈吸收能量的现象称为铁磁共振。当外加稳恒磁场B时，铁氧体对微波的吸收剧烈变化，在处吸收最强烈，成为共振吸收，此现象极为铁磁共振。这里为微波磁场的角频率，为铁磁物质的磁旋比：铁磁共振试验通常采用谐振腔法，该法灵敏度高，但测量频率较窄。本试验用传输式谐振腔，其传输系数与样品共振吸收的关系简单，便于计算，但难以用抵消法提高灵敏度。将铁氧小球置于谐振腔微波磁场的最大处，使其处于相互垂直的稳恒磁场B和微波磁场Hm 中，保持微波发生器输出功率恒定，调节谐振腔或微波发生器，使谐振腔的频率与微波磁场的频率相等，当改变B的大小时，由于铁磁共振，在谐振腔始终调谐时，在输入功率不变的情况下，输出功率为：（为腔的品质因数）。因而的变化可通过的变化来测量。然后通过P-B曲线可得。必须注意的是，当B改变时，磁导率的变化会引起谐振腔谐振频率的变化（频散效应），故实验时，每改变一次B都要调节谐振腔（或微波发生器频率），使它与输入微波磁场的频率调谐，以满足上式的关系，这种测量称逐点调谐，可以获得真实的共振吸收曲线，如图2.3.2-5，此时，对应于B1、B2的输出功率为：式中P0、P r、和P1/2分别是远离共振点、共振点和共振幅度半高处对应的输出功率。因此根据测得曲线，计算出P1/2，既能确定出。试验时直接测量的不是功率，而是检波电流I。

核磁共振实验报告

关于核磁共振现象的实验研究与讨论崔泽轮0942024018 物理学院核工程与核技术专业摘要：利用连续波法观察了核磁共振现象，测定了H核的核磁共振频率，计算了H核的核磁共振参数，研究了H核在扫场频率和振荡幅度分别作用下的饱和现象。关键词：核磁共振；共振频率；共振信号；饱和现象；匀强磁场引言核磁共振是指具有磁矩的原子核在恒定磁场中，由电磁波引起的共振跃迁现象。1945年12月，珀塞尔等人首先在石蜡样品中观察到核磁共振吸收信号，之后核磁共振领域得到广泛关注，许多物理学家进入这个领域，并取得了丰硕成果。目前，核磁共振技术已经广泛应用于物理、化学、生物、医学等各个领域并发挥着日益重要的作用。它在测定原子核磁矩以及研究原子核结构方面是直接而且准确的方法，也是精确测量磁场的重要方法之一。虽然产生核磁共振的原理是相同的，但对核磁共振现象的观察与研究的试验方法却有很多，其中连续波的方法易于操作和观察[1]，结果直观易得，故本实验采用这种方法。关于实验原理，本实验并不深究。本实验重点在于观察核磁共振现象，并验证核磁共振原理的若干相关推论，而后对实验中的一些现象作一些分析和讨论，探明这些现象的原因。 1 实验部分 1.1 使用试剂本实验主要探究H原子核，即质子，在不同化学环境中的共振现象，以及F核在原子状态下的核磁共振现象。关于H核，实验试剂选择了五种：1％的Mn Cl2溶液、1％的CuSO4溶液、1%的FeCl3溶液三种试剂属于弱酸性，且酸性依次增强；纯水呈中性；丙三醇属于有机物。关于F核，实验选择以原子状态存在的F为研究对象。 2.2 实验方法本实验采用连续波的方法。首先有用此帖产生一个恒定匀强磁场B01，再由扫场线圈在B01上叠加一个旋进磁场B02= Asinω0t叠加后的匀强磁场为B0=B01+Asinω0t，即其在一定范围内做正弦运动。有信号检测器在探头内产生一个与B0垂直的正弦运动的磁场B1=2Asinω0t 其中B1的角频率ω可调。设Bω=ω/γ,则每当B1在运动过程中扫过Bω时，产生一次共振。故共振现象随扫场频率周期性发生。由示波器可观察共振信号。 1.3 设备与规格 ZKY-HG-Ⅱ型专业级边限振荡器核磁共振实验仪：包括边限振荡器、频率计、扫场电源部分、信号检测器以及匀强磁场等部分构成。其中边限振荡器用以产生横向磁场B1；频率计用以调节和显示信号检测器振荡线圈中的信号频率大小和信号幅度；扫场电源部分用以在匀强磁场B01上叠加一个旋进磁场B02，用以控制共振周期性发生，从而减小饱和对信号强度的影响；信号检测器是对振荡线圈频率控制和对试剂共振信号的检测和处理的装置；匀强磁场由两块永磁铁产生。数字双踪示波器，用以观测共振信号。 1.4实验过程 1.4.1 观察硫酸铜中H核的共振图像

实验8--铁磁共振

实验八铁磁共振 0 前言铁磁共振(FMR)是指铁磁介质在恒定外磁场中，对微波电磁场的共振吸收现象。是铁磁物质中未偶电子，也即是铁磁物质中的电子自旋共振。铁磁共振不仅在实验中已可以观察到，而且在研究铁磁体的共振吸收和旋磁性的基础上，人类发明了铁氧体的微波线性器件；铁磁共振也是研究铁磁体宏观性能与微观结构的有效手段。 1 实验目的 1．初步掌握用微波谐振腔方法观察铁磁共振现象。 2．掌握铁磁共振的基本原理和实验方法。 3．测量铁氧体材料的共振磁场r B ,共振线宽B ?，旋磁比γ以及g 因子和弛豫时间τ。 2 实验原理根据磁学理论可知，物质的铁磁性主要来源于原子或离子的未满壳层中存在的非成对电子自旋磁矩。一块宏观的铁磁体包含有许多磁畴区域，在每一个区域中，自旋磁矩在交换作用的耦合下彼此平行排列，产生自发磁化，但各个磁畴之间的取向并不完全一致，只有在外磁场的作用下，铁磁体内部的所有自旋磁矩才保持同一方向，并围绕着外磁场方向作进动。当铁磁物质同时受到两个相互垂直的磁场即恒磁场0B 和微波磁场1B 的作用后，磁矩的进动情况将发生重要的变化。一方面，恒磁场0B 使铁磁场物质被磁化到饱和状态，当磁矩M 原来平衡方向与0 B 有夹角θ时，0B 使磁矩绕它的方向作进动，频率为h B g B H 0μν=；另一方面，微波磁场1B 强迫进动的磁矩M 随着1B 的作用而改变进动状态，M 的进动频率再不是H ν了，而是以某一频率绕着恒磁场0B 作进动，同时由于进动过程中，磁矩受到阻尼作用，进动振幅逐渐衰减，如图（8—1）所示，微波磁场对进动的磁矩起到不断的补充能量的作用。当维持微波磁场作用时，且微波频率ν=H ν时，耦合到M 的能量刚好与M 进动时受到阻尼消耗的能量平衡时，磁矩就维持稳定的进动，如图（8—2）所示。铁磁共振的原理图如图（8—3）所示。在恒磁场0B （即0H ）和微波磁场1B （即h ）的作用下，其进动方程可写为： dt M d = -γ（M ×H ）+ T ------------------------------- (8-1) 上式中e m e g 2=γ为旋磁比，g 为朗德因子，B （即H ）为恒磁场0B （即0H ）和微波

铁磁共振 (13)

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