脈沖核磁共振.doc

附件材料二脈沖核磁共振實驗基本原理核磁共振（NMR）是一種磁共振現(xiàn)象，是原子核在核能級上的共振躍遷。利用核磁共振可以測定原子核的磁矩，精確地測量磁場，研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)。1922年斯特恩（Otto Stern 18881969）通過實驗，用分子束方法證明了原子核磁矩空間量子化，并為進一步測定質(zhì)子之類的亞原子粒子的磁矩奠定了基礎(chǔ)。此后，拉比(Isidor Isaac Rabi 18981988)發(fā)展了分子束磁共振方法，可以精密測量核磁矩和光譜的超精細結(jié)構(gòu)。1946年布洛赫（Felix Bloch 19051983）實現(xiàn)了原子核感應(yīng)，現(xiàn)稱核磁共振（具有磁矩的原子核位于恒定磁場中時，將以一定的角速度圍繞磁場軸作進動并最終沿磁場方向趨向。如果垂直于該恒定磁場外加一弱交變磁場,且當(dāng)交變磁場的圓頻率和恒定磁場滿足一定的關(guān)系時，核磁矩將會沿著固定軌道繞恒定磁場進動，同時出現(xiàn)能量的最大吸收）。當(dāng)年年底，塞爾(Edward Mills Purcell 19121997)首次報告了在凝聚態(tài)物質(zhì)中觀察到的核磁共振現(xiàn)象。1943年斯特恩因在發(fā)展分子束方法上所作的貢獻和發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子的核磁矩獲得諾貝爾物理學(xué)獎。1944年拉比因用共振方法記錄了原子核的磁特性獲諾貝爾物理學(xué)獎。1952年布洛赫和塞爾因發(fā)展了核磁精密測量的新方法及由此所作的發(fā)現(xiàn)分享諾貝爾物理學(xué)獎。在穩(wěn)態(tài)核磁共振的基礎(chǔ)上，1950年代出現(xiàn)了脈沖核磁共振方法，得到高靈敏度、高分辨率的核磁共振信號。核磁共振與計算機結(jié)合，發(fā)展了許多高新技術(shù)。一般地，連續(xù)波核磁共振波譜儀在任一瞬間，只有一種核處于共振狀態(tài)，而其他核都處于“等待”狀態(tài)，因此掃描速度慢，這就不利于對一些量小的樣品和某些天然豐度小的核進行測定，由于它們必須采取累加的方法，而連續(xù)波核磁共振波譜儀掃描速度慢，耗時長，且難于保證信號長期不漂移；脈沖核磁共振波譜儀儀器工作的方式是利用短而強的射頻脈沖，使所有的核同時都共振，從而在很短的時間內(nèi)完成一張譜圖的記錄。一、脈沖核磁共振基本原理：1、Bloch方程：原子核磁矩：，稱為回度比，L為自旋角動量。原子核在磁場中受到磁力矩，并產(chǎn)生附加能量，由得：，各分量表式為： 2、馳豫過程： 馳豫過程是原子核的核磁矩與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的?？煞譃榭v向和橫向馳豫過程。縱向馳豫過程是自旋與晶格熱運動相互作用使得自旋無輻射時的情況下按由高能級躍遷至低能級，T1稱為縱向馳豫時間；橫向馳豫過程是核自旋與核自旋之間相互作用使得自發(fā)輻射信號按衰減，T2稱為橫向馳豫時間；于是Bloch方程改為：二、工作過程1、脈沖激發(fā)過程工作原理樣品置于靜磁場B0平行于Z軸，射頻場以角頻率加在樣品上，B分量為：設(shè)脈沖作用時間遠小于馳豫時間，則其中。根據(jù)脈沖作用時間可將脈沖分為900，1800，2700，3600，一般主要的有900和1800脈沖。（1）稱為900脈沖 a)基態(tài)經(jīng)900脈沖后變?yōu)椋藭r是最強的電磁輻射；b)激發(fā)態(tài)經(jīng)900脈沖后變?yōu)?，也是最強的電磁輻射；c)上述兩種輻射態(tài)經(jīng)900脈沖后變?yōu)榛?，此時輻射為零。（2）稱為1800脈沖a)基態(tài)經(jīng)1800脈沖后變?yōu)椋惠椛錇榱?。b)任意狀態(tài)的經(jīng)1800脈沖后都沿著X軸方向翻轉(zhuǎn)1800。2、自由衰減過程（自發(fā)輻射）當(dāng)發(fā)生自發(fā)輻射時，無外加射頻脈沖，B1=0，此時 三、實驗方法1、900脈沖觀察自由衰減過程在共振條件下（），樣品上加900射頻脈沖，打開高靈敏度放大器即可觀察自由衰減過程（，一般。由于磁場不均勻性，所以得到波形為，式中為衰減函數(shù)，即。 900脈沖自由衰減過程2、9001800測量T2（自旋回波法） 由于磁場不均勻性，使得譜線出現(xiàn)不均勻加寬，的橫向分量未加1800脈沖時時刻的橫向分量為 加載1800脈沖后變?yōu)椋?所以因頻譜增寬而導(dǎo)致的相位散失，通過1800脈沖后在時又重新聚合。0 900脈沖 1800脈沖 自旋回波3、1800900測量T1（反轉(zhuǎn)恢復(fù)法） 樣品在基態(tài)經(jīng)過1800脈沖后躍