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教學(xué)型臺(tái)式核磁共振儀
教學(xué)型臺(tái)式核磁共振儀

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Gyrolyzer,可測(cè)出液態(tài)樣品在不同地磁場(chǎng)環(huán)境下的核磁共振信號(hào),亦可作為分析樣品中原子核的旋磁比(Gyromagnetic Ratio)的分析儀。此儀器操作簡(jiǎn)單、且實(shí)驗(yàn)可以觀察核磁共振現(xiàn)象,是一款優(yōu)秀的核磁共振教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器。下面將介紹Gyrolyzer的實(shí)驗(yàn)原理、功能及應(yīng)用。

原理:原子核攜帶電荷,當(dāng)原子核自旋時(shí),核自旋會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁矩。此時(shí)若提供一個(gè)外加磁場(chǎng),則自旋磁矩會(huì)裂分成與磁場(chǎng)方向一致(低能量)和與磁場(chǎng)方向相反(高能量),兩個(gè)方向的分布會(huì)因外加磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度的不同而有所不同,進(jìn)而在與磁場(chǎng)方向一致的方向產(chǎn)生磁化矢量。此時(shí)在與磁化矢量垂直的方向施加與原子核進(jìn)動(dòng)頻率(Larmor頻率)相同的脈沖(Pulse B1),使原子核獲得能量(原子核的進(jìn)動(dòng)頻率由外加磁場(chǎng)強(qiáng)度和原子核本身性質(zhì)決定)而翻轉(zhuǎn)。當(dāng)脈沖結(jié)束后,磁化矢量受到地磁場(chǎng)的作用,會(huì)使得偏移的磁化矢量以地磁場(chǎng)為軸做進(jìn)動(dòng)(Precession)。由于弛豫(Relaxation)而逐漸恢復(fù)到平衡態(tài)(地磁場(chǎng)方向),磁化矢量趨于零。而原子核從激發(fā)狀態(tài)回到基態(tài),圍繞外加磁場(chǎng)進(jìn)動(dòng)。此運(yùn)動(dòng)的磁化矢量所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)被一個(gè)感應(yīng)線圈記錄下來。此感應(yīng)信號(hào)被稱為自由感應(yīng)衰減曲線(Free Induction Decay)信號(hào)。將FID信號(hào)經(jīng)由傅里葉轉(zhuǎn)換(Fourier Transformation)后,即得到核磁共振頻譜信號(hào)。

應(yīng)用:

實(shí)例一:磁旋比測(cè)量與地磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)量

由于核磁共振的共振頻率與外加磁場(chǎng)成正比,因此可以在不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度下記錄樣品原子核在不同磁場(chǎng)下的共振頻率并作圖。經(jīng)由線性作圖得到斜率與截距,分析出樣品原子核的磁旋比【斜率】和地球磁場(chǎng)強(qiáng)度【截距】。右圖為水樣品在不同磁場(chǎng)下的磁共振頻率,因?yàn)閒=Y*(Bcoil+Bearth)。因此,由斜率可得旋磁比為4.253KHz/G,而將截距除以斜率可以得到地球磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.417G。

實(shí)例二:J-耦合常數(shù)的測(cè)定

J-耦合常數(shù)是指受到鄰近原子核自旋的相互作用而導(dǎo)致信號(hào)的裂分,與外加磁場(chǎng)之大小無關(guān)。當(dāng)一個(gè)原子核自旋所產(chǎn)生的微小磁場(chǎng)會(huì)影響到鄰近原子核而有了J-耦合常數(shù)信號(hào),其裂分所產(chǎn)生之信號(hào)間距會(huì)受到原子核之間的化學(xué)鍵數(shù)量影響,而化學(xué)鍵數(shù)決定了分裂的峰與峰的頻率差,其差值稱為耦合常數(shù)(Coupling constants)。本范例的樣品是三甲基磷酸﹝(CH33PO﹞,其結(jié)構(gòu)式如下圖所示,由于31P與1H之間的相互作用,氫核磁共振譜發(fā)生裂分。 因?yàn)閮烧咴雍俗孕较蚩蔀橥蚧蚍聪?,所以裂分成兩個(gè)能態(tài)。下圖為1.13 Gauss下所測(cè)得的NMR FID數(shù)據(jù)以及經(jīng)過傅里葉轉(zhuǎn)換后得到的頻譜。

可以從頻譜中清楚地看出,其NMR值有兩個(gè)且相隔的頻率為11.09Hz即可得到其耦合常數(shù)

特點(diǎn)說明:

  1. 軟件界面簡(jiǎn)單、操作方便
  2. 試驗(yàn)速度快,可快速取得NMR信號(hào)

基本參數(shù):

  1. 磁共振頻率:1.5KHz~15KHz
  2. 磁場(chǎng)強(qiáng)度: 0~3G
  3. 樣品量:<10ml
  4. USB接口,可連接電腦與筆記本
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