实验6-2 脉冲核磁共振.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,实验,6-2,脉冲核磁共振,南开大学基础物理实验教学中心近代物理实验室,从,1946,年发现核磁共振现象而产生的连续波核磁共振技术，到,70,年代初提出的脉冲傅里叶变换（,PFT,）技术和后来的核磁共振成像，在核磁共振这一领域中已多次获得诺贝尔物理学奖。脉冲核磁共振的概念十分直观，即由原来的连续波射频变为脉冲射频。两者在理论上是完全一致的。较之连续波核磁共振，脉冲磁共振在很多方面有自身的特色：,1,、强而狭的脉冲的频谱很宽，这种脉冲的作用等效于一个多道频率发射机，当接收机的带宽足够宽时，核磁共振仪是一台多道频谱分析仪，它可以同时激励样品的所有频率，也可以同时接收所有频率的信号，每次需要的时间却很短。这样可以用计算机技术把采样结果累加，使得频谱的信噪比在较短的时间内增强几个数量级。,2,、脉冲磁共振实验为测量弛豫时间提供了比连续波磁共振实验更为精确和直接的手段。,一、实验原理（一）弛豫时间,纵向弛豫，用弛豫时间,T,1,表征：,横向弛豫，用弛豫时间,T,2,表征：,M,x,（,0,）表示,t=0,时的,M,x,值，,M,y,有同样的表示方式。,弛豫过程示意图,（,a,）,M,0,倒向,XY,平面,（,b,）开始散相,（,c,）散相,（,d,）,M,xy,分量减小,（,e,）逐渐向平衡态过渡,（,f,）回复到平衡态,M,0,M,0,（二）自由感应衰减（,FID,）核自旋系统的磁化矢量,M,在沿,z,轴的恒磁场,B,0,中作拉莫尔进动，进动角频率为若在平面内加上一个脉冲射频场,B,1,，其角频率为,，并满足核磁共振条件,在脉冲场存在期间，,M,将以角频率,绕,B,1,进动。,如引入旋转坐标系 （与,z,轴重合），这时,M,在,B,0,中的进动在旋转坐标系中观察其核磁矩,M,的取向将静止不动，热平衡时的系统总磁矩,M,0,沿 轴方向。如射频脉冲的作用时间为,T,，则,M,的倾角为下图为磁化矢量,M,在,90,0,和,180,0,脉冲射频场作用下的矢量旋转模型。上中的,T,就是脉冲宽度，脉冲强度就是 。当在实验室坐标系的,Y,轴上安放一接收线圈，在射频脉冲关断后，由于核自旋之间、核自旋与晶格之间进行能量交换，产生横向弛豫与纵向弛豫，使核自旋从射频脉冲吸收的能量又释放出来。,这时由于,M,xy,的变化，线圈中将感应出一小电动势，即核磁共振信号，称为自由感应衰减信号（,free inductive decay,，,FID,）。其振幅在,90,0,时最大，此时,M,从,Z,倒向,Y,，接着按指数规律衰减，其衰减速度由,T,1,、,T,2,决定。线圈中所感应到的,FID,信号为,M,0,M,0,z,z,90,0,180,0,M,的旋转示意图,z,FID,信号,z,B,0,B,0,x,y,M,z,90,0,脉冲过后,M,在旋转坐标系和实验室坐标系中的进动情形,y,方向上的电感线圈则可感应到弛豫引起的,FID,信号,t,t,在,90,0,脉冲作用下的,FID,信号及其频谱,t,(c),（,b,）的频谱,(a)90,0,射频脉冲,(b),=,0,+,的,FID,信号,(d),=,0,时的,FID,信号,0,(e),（,d,）的频谱,（,二）自旋回波（,SE,）的形成,90,0,脉冲作用,M,倒向,Y,由于磁场的非均匀性 散相,180,0,脉冲作用,M,汇聚到,-Y,此时可从接收线圈中感应出一个射频信号，形成,自旋回波,SE,如不考虑磁场不均匀性在实验中的影响，自旋回波的峰值由,T,2,决定,（,a,）,（,b,）,（,c,）,（,d,）,（,e,）,自旋回波的形成,90,0,脉冲和,180,0,脉冲作用下所形成的,FID,信号和,SE,信号,实际所观测到的,900,脉冲、,1800,脉冲、,FID,信号和,SE,信号,实际所观测到的,900,脉冲、,1800,脉冲、,FID,信号和,SE,信号,实际所观测到的,90,0,脉冲、,180,0,脉冲、,FID,信号和,SE,信号,二、实验装置,三、实验内容（一）,FID,信号观测,（二）,T,2,测量,（三）,T,1,测量,（四）化学位移测量（二甲苯的化学位移）,利用核磁共振成像装置测量二甲苯的化学位移,利用核磁共振成像装置测量酒精的化学位移,思考题：,1,试分析纵向弛豫和横向弛豫的物理含义。,2,T,2,和,T,1,的测量在实验方法上有何不同？,3,磁场的不均匀对弛豫时间的测量有何影响？采用什么办法可消除磁场不均匀对测量带来的影响？,4,用反向恢复法（）和饱和恢复法（）测量,T,1,有何区别？,5,核磁化矢量,M,的 倾角由什么参数决定？对,FID,信号有何影响？如何确定,M,翻转了 或？,参考文献,1,晏于模 王魁香，近代物理实验，实验三十四，吉林大学出版社,19952,吕斯骅 段家忯，新编基础物理实验，实验六十二，高等教育出版社，,20063,杨桂林 江兴方 柯善哲，近代物理，第十五章，科学出版社，,20044,杨文修 李正明，生物医学物理概论（,M,），天津科技翻译出版公司,5 Advanced Laboratory Manual,Pulse NMR,Harvard University,2002,