实验内容及步骤
(1)观察水中H核的共振信号
用红黑连线将实验仪的“扫场输出”与匀强磁场组件的“扫场输入”对应连接起来;用短Q9线将信号检测器左侧板的“探头接口”与匀强磁场组件的“探头”Q9连接;将信号检测器的“共振信号”连接到示波器的“CH2”通道;将实验仪的“同步信号”连接到示波器的“外触发”接口。
打开电源,将1%的CuSO4样品放入“试剂探头”插孔内(需保证试剂已经放入到插孔的底部),此时样品就处于磁场的中心位置。调节振荡幅度在150~250。调节振荡线圈的频率的粗调旋钮,让频率逐步增大(或减小),当观测到有共振信号出现后,再改用细调旋钮,直到出现最佳的三峰等间隔为止。
当共振频率略高于振荡频率时,共振磁场低于磁铁磁场时,共振信号如图3.105(a)所示;相反共振磁场高于磁铁磁场时共振信号如图3.105(b)所示。当振荡频率等于共振频率时,共振信号如3.105(a)所示,此时称为三峰等间隔。此时实验仪显示的频率即为H的共振频率。

图3.105 共振磁场与磁铁磁场之间的关系图
详细的调节说明可参考本实验的补充说明中的“共振信号调节说明”。
(2)测量H的g因子、旋磁比γ、核磁矩μ
按照实验一的连接方法和调节方法,先以1%的CuSO4样品为测试试剂,记录共振频率于表3.33中。
表3.33 不同试剂测量的H核的g因子、旋磁比γ和核磁矩μ

由式(3.202)可得

由此可计算H核的g因子和旋磁比γ。再根据式(3.192)和式(3.193),并参考表3.34,可得到核磁矩μ。
表3.34 元素和回旋频率(https://www.daowen.com)

普朗克常数:h=6.626×10-34 J·S
更换其他实验样品,调节其共振频率,记录于表3.33中。
需要注意的是,要观测到纯水的共振信号,应将振荡幅度调节到足够低(最好小于100 mV),其他的试剂振荡幅度可调到150~250 mV。
(3)改变振荡器振荡幅度观察H核的饱和现象
依次将表3.35中的试剂放入试剂插孔内,调节振荡频率,使之出现合适的共振信号。然后改变振荡器幅度,从示波器上读出共振信号幅度,记录于表3.35中(表3.35中的振荡幅度只是参考值,实验中可以根据实际显示的数值进行记录),并得到各种试剂的共振信号幅度和振荡器幅度的关系曲线,和图3.104(a)曲线进行比较。
饱和现象是指共振信号的幅度达到最大的过程。
表3.35 振荡器振荡幅度和共振信号幅度关系表

注意:在调节振荡幅度的时候,振荡频率也会发生一定变化,这就需要随时调整振荡频率,使得共振信号一直处于最佳位置。
(4)改变扫场频率观察H核的饱和现象
以纯水试剂为观测样品(也可以用其他试剂),调节调节振荡频率,使之出现合适的共振信号。然后开始调节扫场电源的扫场频率和扫场速度,并观察共振信号的幅度随扫场频率增减的变化关系。了解变频扫场对饱和效应的影响。(用长余辉示波器或数字记忆示波器更便于观察变频扫场的饱和现象)
(5)观察F核磁共振信号,测量F的g因子、旋磁比γ、核磁矩μ
将氟样品放入匀强磁场组件的试剂插孔中,调节振荡幅度在0.1~1.0 mV。然后按照H核的共振信号调节方法调出共振信号,并调节至三峰等间隔。记录共振频率,并计算F核的g因子、旋磁比γ及核磁矩μ。
通过改变振荡幅度和扫场频率,观测F共振信号的饱和现象。