核磁共振基本原理09幻燈片

核磁共振 核 原子核磁 磁場核磁共振 NMR 原子核在磁場中的響應(yīng)為什么原子核在磁場中會發(fā)生響應(yīng)呢 核有磁性 一核磁共振現(xiàn)象 一 核有磁性 核由質(zhì)子和中子組成 質(zhì)子帶正電 中子不帶電 所以 原子核帶正電的 另外 有些核具有內(nèi)秉角動量 自旋 奇數(shù)核子奇數(shù)原子序數(shù) 偶數(shù)核子因而核有磁性 磁矩描述磁場強度與方向的矢量自旋角動量 旋磁比 每個核都有一特定的值 有正有負(fù) 核磁矩的方向與其有關(guān) 二 沒有外磁場作用 單個磁矩隨機(jī)取向 系統(tǒng)宏觀上沒有磁性 三 靜磁場作用單個自旋 要受力矩作用 表現(xiàn) 1 原子核吸收能量 磁矩取向變化 極化 2 磁矩繞靜磁場 0靜動 與陀螺在重力場中發(fā)生進(jìn)動類似 進(jìn)動頻率 Larmor頻率 四 靜磁場作用整個自旋系統(tǒng) 整個自旋系統(tǒng)被磁化產(chǎn)生宏觀磁化量M0 M0的變化過程是核磁測井觀測對象 五 垂直方向上施加交變磁場 在垂直 0方向上加交變磁場 頻率 0 B0發(fā)生核磁共振吸收現(xiàn)象 也就是M被扳倒 脈沖 M扳倒90度脈沖 M扳倒180度 六 交變磁場作用后 弛豫 磁化矢量朝 0方向恢復(fù) 使核自旋系統(tǒng)從非平衡分布恢復(fù)到平衡分布 縱向弛豫T1橫向弛豫T2 1縱向弛豫 T1 非平衡態(tài)磁化矢量的縱向分量恢復(fù)到初始磁化矢量M0的過程弛豫速率1 T1弛豫時間T1磁能級粒子數(shù)發(fā)生變化 自旋體系能量也要發(fā)生變化 自旋與晶格交換能量 又稱自旋 晶格弛豫 Mz是以1 T1的速率按指數(shù)恢復(fù)到Z方向的初值 2橫向弛豫 T2 非平衡態(tài)磁化矢量的水平分量Mxy衰減至零的過程弛豫速率1 T2弛豫時間T2磁化矢量進(jìn)動相位從有序分布趨向無規(guī)則分布 自旋體系內(nèi)部相互作用 自旋與晶格不交換能量 又稱自旋 自旋弛豫 橫向弛豫按指數(shù)衰減 一 核磁共振信號測量 二 核磁共振測井儀 三 核磁共振測井過程與特點 二核磁共振測井 1 自由感應(yīng)衰減法2 自旋回波法3 反轉(zhuǎn)恢復(fù)法 測T1 一 核磁共振信號測量 自由感應(yīng)衰減的核心是利用某種方法使與靜磁場B0平行的核磁化強度M0扳轉(zhuǎn)90度以激發(fā)自由進(jìn)動信號 1 射頻脈沖法 2 預(yù)極化法 1 自由感應(yīng)衰減法 1 射頻脈沖法 用一個90度射頻脈沖使原來沿靜磁場方向的磁化矢量扳轉(zhuǎn)90度 然后進(jìn)行觀測 得到的信號即是自由感應(yīng)衰減信號 或FID信號 早期的斯侖貝謝核磁測井儀器采用此種方法 2 預(yù)極化法 在穩(wěn)定磁場B0的垂直方向上加一較強的預(yù)極化磁場Bp 由于極化磁場很強 最初沿穩(wěn)定磁場建立起來的平衡態(tài)磁化強度M0會發(fā)生偏轉(zhuǎn)而沿總場的方向取向 Mp 如果極化時間足夠長 Bp B0 所以Mp近似與M0方向垂直 這時突然撤去Bp 因時間很短 Mp繞B0進(jìn)動 w0 由于馳豫 在進(jìn)動的同時 縱向分量恢復(fù)到平衡態(tài)的M0 而橫向分量將按有效橫向馳豫時間T2 確定的速率衰減 這時在垂直于B0方向上探測 在接收線圈中可以觀測到一個頻率為W0變化的自由進(jìn)動信號 俄羅斯現(xiàn)代核磁測井儀器采用此種方法 自由感應(yīng)衰減法所使用的靜磁場B0都是采用的大地地磁場 因而產(chǎn)生的信號很弱 2自旋回波法