1、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
2、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T1表征 横向弛豫 用弛豫时间T2表征 Mx 0 表示t 0时的Mx值 My有同样的表示方式 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B0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B1 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B1进动 如引入旋转坐标系 与z轴重合 这时M在B0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
3、矩M0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900和1800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Mxy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 freeinductivedecay FID 其振幅在900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T1 T2决定 线圈中所感应到的FID信号为 二 自旋回波 SE 的形成
4、900脉冲作用M倒向Y由于磁场的非均匀性散相1800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T2决定 900脉冲和1800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900脉冲 1800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 T2测量 三 T1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
5、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 T2和T1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T1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1995 2 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 2006 3 杨桂林江兴方柯善哲 近代物理 第十五章 科学出版社 2004 4 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 AdvancedLaboratoryManual PulseNMR HarvardUniversity 2002
