核磁共振实验邱正明
一基本原理
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
EhB0
（1）
其中：γ为粒子的旋磁比，h为约化普朗可常数，B0为稳恒外磁场。如果此时再在稳恒外磁场的垂直方向给粒子加上一个高频电磁场，该电磁场
的频率为ν，能量为
h
（2）
当该能量等于粒子分裂后两能级间的能量差ΔE时即：
hhBo（3）低能极上的粒子就要吸收高频电磁场的能量产生跃迁，即所谓的磁共振。
二实验设备
a样品（sample）水：提供实验用的粒子，氢（1H）核。b永磁铁：提供稳恒外磁场中心磁感应强度B0约为055T。c边限振荡器：产生射频场提供一个垂直与稳恒外磁场的高频电磁场，频
率Hz。d同时也将探测到的共振电信号放大后输出到示波器，边限振荡器的频率
由频率计读出。e绕在永磁铁外的磁感应线圈：其提供一个叠加在永磁铁上的扫场。f调压变压器：为磁感应线圈提供50周的扫场电压。g频率计：读取射频场的频率。h示波器：观察共振信号。
f图一
三实验原理
由公式（3）可知，为了实现核磁共振有两种实验方法：1．固定外磁场B0，调节高频电磁场频率ν，实现核磁共振，此为扫频法。2．固定高频电磁场频率ν，调节外磁场B0，实现核磁共振，此为扫场法。本实验用的是第二种实验方法，即扫场法。在本实验要测的一个物理量是氢质子的γ因子，由公式（3）可知，只要知道B0，ν即可求得γ，B0在实验设备中已标定（如055T），ν可由频率计测出。但是仅此，在本实验中γ是无法用实验求出的。因为本实验中两能级的能量差是一个精确，稳定的量。而实验用的高频振荡器其频率ν只能稳定在103HZ量级。其能量h很难固定在hB0这一值上。实际上等式3在实验中很难成立。为实现核磁共振，可在永磁铁B0上叠加一个低频交变磁场BmSi
ωt，即所谓的扫场（ω为市电频率50HZ，远低于高频场的频率ν其约几十MHZ），使氢质子两能级能量差γh（B0BmSi
100πt）有一个连续变化的范围。我们调节射频场的频率ν，使射频场的能量h进入这个范围，这样在某一时刻等式hγh（B0BmSi
100πt）总能成立。（见图二）
f图二此时通过边限振荡器的探测装置在示波器上可观测到共振信号。（见图二）由上图可见，当共振信号非等间距时，共振点处的等式为hνγh（B0BmSi
100πt），BmSi
100πt未知。无法利用该等式求出γ值。调节射频场的频率ν使共振r