由于核磁共振的方法和技术可以深入物质内部而不破坏样品,并且具有迅速、准确、分辨率高等优点[1],自被发现以来便得到迅速发展和广泛应用,现今已从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科[2],在科研和生产中发挥了巨大的作用。脉冲核磁共振与连续波核磁共振不同,相比连续波核磁共振,脉冲核磁共振能观察到原子核共振现象的范围更大,能接收到的信号幅值范围更广。因此,脉冲核磁共振技术如今几乎已取代了连续波核磁共振技术,这体现了近年来核磁共振技术的卓越发展。
核磁共振实验是物理专业重要的实验之一。脉冲核磁共振采用的方法是将射频场作用在原子核群上,观察原子核群在脉冲影响下的反应,并利用快速傅里叶变换(FFT)技术将时域信号变换成频域信号,这个过程就像多个单频连续波核磁共振波谱仪在同时进行激励,所以能在更大的范围内观察到核磁共振现象。FD-PNMR-C型脉冲核磁共振实验仪是改进后的新型仪器,主要由恒温箱体(内装磁铁及恒温装置)、射频发射主机(包含调场电源)、射频接收主机(内含匀场电源及恒温显示)三大部分组成。恒温箱体中的永磁铁需要通过恒温装置预热,仪器运用了PID恒温控制系统,使永磁铁的温度能够保持在36.5℃左右不变,开机即可进行实验。本文介绍脉冲核磁共振实验实践教学中的一些关键内容,总结出适合实践技能教学的方法,有效提高学生的实践动手和分析能力,保证人才培养质量[3]。
1 自由感应衰减信号测表观横向弛豫时间
2 自旋回波法测横向弛豫时间
3 结语
本实验采用脉冲核磁共振实验仪,利用自由感应衰减信号(FID信号)测得几种物质的表观横向弛豫时间,利用自旋回波信号(SE信号)测得几种物质的横向弛豫时间,又利用自旋回波法比较了几种不同浓度硫酸铜溶液的弛豫时间。从实验研究得出以下结论:
第一,新型FD-PNMR-C型脉冲核磁共振实验仪能清晰地显示自由感应衰减信号与自旋回波信号,测得的各种物质弛豫时间结果相比旧仪器更为稳定。
第二,同一种溶液的弛豫时间会随其浓度变化而发生变化,是由于不同浓度的溶液中待测原子核会受周围其他原子核的相互作用与质量大小的影响,且弛豫时间与浓度大小成反比。
实验中运用的脉冲核磁共振仪的优势是其测量的信号更为精准,能够得到更准确的实验数据。此次实验结果也反映了核磁共振技术的愈加成熟,将本实验所得结论运用在更多方面,可以解决更多问题。
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郝世明 王晓飞 河南科技大学物理工程学院 |