實驗脈沖核磁共振

1、 從1946年發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象而產(chǎn)生的連續(xù)波核磁共振技術(shù)，到70年代初提出的脈沖傅里葉變換（PFT）技術(shù)和后來的核磁共振成像，在核磁共振這一領(lǐng)域中已多次獲得諾貝爾物理學(xué)獎。 脈沖核磁共振的概念十分直觀，即由原來的連續(xù)波射頻變?yōu)槊}沖射頻。兩者在理論上是完全一致的。較之連續(xù)波核磁共振，脈沖磁共振在很多方面有自身的特色： 1、強而狹的脈沖的頻譜很寬，這種脈沖的作用等效于一個多道頻率發(fā)射機，當(dāng)接收機的帶寬足夠?qū)挄r，核磁共振儀是一臺多道頻譜分析儀，它可以同時激勵樣品的所有頻率，也可以同時接收所有頻率的信號，每次需要的時間卻很短。這樣可以用計算機技術(shù)把采樣結(jié)果累加，使得頻譜的信噪比在較短的時間內(nèi)增強幾個數(shù)

2、量級。 2、脈沖磁共振實驗為測量弛豫時間提供了比連續(xù)波磁共振實驗更為精確和直接的手段。 一、實驗原理（一）弛豫時間縱向弛豫，用弛豫時間T1表征：橫向弛豫，用弛豫時間T2表征： Mx（0）表示t=0時的Mx值，My有同樣的表示方式。)1 ()(10TtzeMtM2)0()(TtxxeMtM 弛豫過程示意圖弛豫過程示意圖（a）M0倒向XY平面（b）開始散相（c）散相（d）Mxy分量減?。╡）逐漸向平衡態(tài)過渡（f）回復(fù)到平衡態(tài)M0M0（二）自由感應(yīng)衰減（FID）核自旋系統(tǒng)的磁化矢量M在沿z軸的恒磁場B0中作拉莫爾進動，進動角頻率為若在平面內(nèi)加上一個脈沖射頻場B1，其角頻率為 ，并滿足核磁共振條件 在

3、脈沖場存在期間，M將以角頻率 繞B1進動。00B1001B1如引入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 （ 與 z 軸重合），這時M在B0中的進動在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中觀察其核磁矩 M 的取向?qū)㈧o止不動，熱平衡時的系統(tǒng)總磁矩M0 沿 軸方向。如射頻脈沖的作用時間為T，則M 的傾角為下圖為磁化矢量M在900和1800脈沖射頻場作用下的矢量旋轉(zhuǎn)模型。上中的T就是脈沖寬度，脈沖強度就是 。當(dāng)在實驗室坐標(biāo)系的Y軸上安放一接收線圈，在射頻脈沖關(guān)斷后，由于核自旋之間、核自旋與晶格之間進行能量交換，產(chǎn)生橫向弛豫與縱向弛豫，使核自旋從射頻脈沖吸收的能量又釋放出來。,zyxzzTB11B這時由于Mxy的變化，線圈中將感應(yīng)出一小電動勢，即核磁共振

4、信號，稱為自由感應(yīng)衰減信號（free inductive decay，F(xiàn)ID）。其振幅在900時最大，此時M從Z倒向Y，接著按指數(shù)規(guī)律衰減，其衰減速度由T1、T2決定。線圈中所感應(yīng)到的FID信號為2)(TtAetSM0M0zz9001800 M M的旋轉(zhuǎn)示意圖的旋轉(zhuǎn)示意圖 z FID信號zB0B0 xyMz 90900 0脈沖過后脈沖過后M M在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和實驗室坐標(biāo)系中的進動情形在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和實驗室坐標(biāo)系中的進動情形 y y方向上的電感線圈則可感應(yīng)到弛豫引起的方向上的電感線圈則可感應(yīng)到弛豫引起的FIDFID信號信號tt 在在90900 0脈沖作用下的脈沖作用下的FIDFID信號及其頻譜信號及

5、其頻譜t(c) （b）的頻譜(a) 900射頻脈沖(b)=0+ 的FID信號(d) =0時的FID信號0(e) （d）的頻譜（二）自旋回波（SE）的形成900脈沖作用 M 倒向Y 由于磁場的非均勻性 散相 1800脈沖作用 M 匯聚到-Y此時可從接收線圈中感應(yīng)出一個射頻信號，形成自旋回波SE如不考慮磁場不均勻性在實驗中的影響，自旋回波的峰值由T2決定（a）（b）（c）（d）（e） 自旋回波的形成自旋回波的形成900脈沖和脈沖和1800脈沖作用下所形成的脈沖作用下所形成的FID信號和信號和SE信號信號 實際所觀測到的實際所觀測到的900脈沖、脈沖、1800脈沖、脈沖、FID信號和信號和SE信號信

6、號實際所觀測到的實際所觀測到的900脈沖、脈沖、1800脈沖、脈沖、FID信號和信號和SE信號信號實際所觀測到的實際所觀測到的900脈沖、脈沖、1800脈沖、脈沖、FID信號和信號和SE信號信號二、實驗裝置三、實驗內(nèi)容（一）FID信號觀測（二）T2測量（三）T1測量（四）化學(xué)位移測量（二甲苯的化學(xué)位移）利用核磁共振成像裝置測量二甲苯的化學(xué)位移利用核磁共振成像裝置測量酒精的化學(xué)位移思考題：思考題： 1試分析縱向弛豫和橫向弛豫的物理含義。 2T2和T1的測量在實驗方法上有何不同？ 3磁場的不均勻?qū)Τ谠r間的測量有何影響？采用什么辦法可消除磁場不均勻?qū)y量帶來的影響？ 4用反向恢復(fù)法（ ）和飽和恢復(fù)法（ ）測量T1有何區(qū)別？ 5核磁化矢量M的 傾角由什么參數(shù)決定？對FID信號有何影響？如何確定M翻轉(zhuǎn)了 或 ？2220900180參考文獻參考文獻1 晏于模 王魁香，近代物理實驗，實驗三十四，吉林大學(xué)出版社19952 呂斯驊 段家忯，新編基礎(chǔ)物理實驗，實驗六十二，高等教育出版社，20063 楊桂林 江興方 柯善哲，近代物理，第十五章，科