实验脉冲核磁共振

1、 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

2、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。)1 ()(10TtzeMtM2)0()(TtxxeMtM 弛豫过程示意图弛豫过程示意图（a）M0倒向XY平面（b）开始散相（c）散相（d）Mxy分量减小（e）逐渐向平衡态过渡（f）回复到平衡态M0M0（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

3、脉冲场存在期间，M将以角频率 绕B1进动。00B1001B1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。,zyxzzTB11B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

4、信号，称为自由感应衰减信号（free inductive decay，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2)(TtAetSM0M0zz9001800 M M的旋转示意图的旋转示意图 z FID信号zB0B0 xyMz 90900 0脉冲过后脉冲过后M M在旋转坐标系和实验室坐标系中的进动情形在旋转坐标系和实验室坐标系中的进动情形 y y方向上的电感线圈则可感应到弛豫引起的方向上的电感线圈则可感应到弛豫引起的FIDFID信号信号tt 在在90900 0脉冲作用下的脉冲作用下的FIDFID信号及其频谱信号及

5、其频谱t(c) （b）的频谱(a) 900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（a）（b）（c）（d）（e） 自旋回波的形成自旋回波的形成900脉冲和脉冲和1800脉冲作用下所形成的脉冲作用下所形成的FID信号和信号和SE信号信号 实际所观测到的实际所观测到的900脉冲、脉冲、1800脉冲、脉冲、FID信号和信号和SE信号信

6、号实际所观测到的实际所观测到的900脉冲、脉冲、1800脉冲、脉冲、FID信号和信号和SE信号信号实际所观测到的实际所观测到的900脉冲、脉冲、1800脉冲、脉冲、FID信号和信号和SE信号信号二、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成像装置测量酒精的化学位移思考题：思考题： 1试分析纵向弛豫和横向弛豫的物理含义。 2T2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 ？2220900180参考文献参考文献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