實(shí)驗(yàn)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(lái)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(jiǎng)。 脈沖核磁共振的概念十分直觀(guān)，即由原來(lái)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(qiáng)而狹的脈沖的頻譜很寬，這種脈沖的作用等效于一個(gè)多道頻率發(fā)射機(jī)，當(dāng)接收機(jī)的帶寬足夠?qū)挄r(shí)，核磁共振儀是一臺(tái)多道頻譜分析儀，它可以同時(shí)激勵(lì)樣品的所有頻率，也可以同時(shí)接收所有頻率的信號(hào)，每次需要的時(shí)間卻很短。這樣可以用計(jì)算機(jī)技術(shù)把采樣結(jié)果累加，使得頻譜的信噪比在較短的時(shí)間內(nèi)增強(qiáng)幾個(gè)數(shù)

2、量級(jí)。 2、脈沖磁共振實(shí)驗(yàn)為測(cè)量弛豫時(shí)間提供了比連續(xù)波磁共振實(shí)驗(yàn)更為精確和直接的手段。 一、實(shí)驗(yàn)原理（一）弛豫時(shí)間縱向弛豫，用弛豫時(shí)間T1表征：橫向弛豫，用弛豫時(shí)間T2表征： Mx（0）表示t=0時(shí)的Mx值，My有同樣的表示方式。)1 ()(10TtzeMtM2)0()(TtxxeMtM 弛豫過(guò)程示意圖弛豫過(guò)程示意圖（a）M0倒向XY平面（b）開(kāi)始散相（c）散相（d）Mxy分量減?。╡）逐漸向平衡態(tài)過(guò)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(chǎng)B0中作拉莫爾進(jìn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)角頻率為若在平面內(nèi)加上一個(gè)脈沖射頻場(chǎng)B1，其角頻率為 ，并滿(mǎn)足核磁共振條件 在

3、脈沖場(chǎng)存在期間，M將以角頻率 繞B1進(jìn)動(dòng)。00B1001B1如引入旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系 （ 與 z 軸重合），這時(shí)M在B0中的進(jìn)動(dòng)在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中觀(guān)察其核磁矩 M 的取向?qū)㈧o止不動(dòng)，熱平衡時(shí)的系統(tǒng)總磁矩M0 沿 軸方向。如射頻脈沖的作用時(shí)間為T(mén)，則M 的傾角為下圖為磁化矢量M在900和1800脈沖射頻場(chǎng)作用下的矢量旋轉(zhuǎn)模型。上中的T就是脈沖寬度，脈沖強(qiáng)度就是 。當(dāng)在實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系的Y軸上安放一接收線(xiàn)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(jìn)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(lái)。,zyxzzTB11B這時(shí)由于Mxy的變化，線(xiàn)圈中將感應(yīng)出一小電動(dòng)勢(shì)，即核磁共振

4、信號(hào)，稱(chēng)為自由感應(yīng)衰減信號(hào)（free inductive decay，F(xiàn)ID）。其振幅在900時(shí)最大，此時(shí)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(xiàn)圈中所感應(yīng)到的FID信號(hào)為2)(TtAetSM0M0zz9001800 M M的旋轉(zhuǎn)示意圖的旋轉(zhuǎn)示意圖 z FID信號(hào)zB0B0 xyMz 90900 0脈沖過(guò)后脈沖過(guò)后M M在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的進(jìn)動(dòng)情形在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系和實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系中的進(jìn)動(dòng)情形 y y方向上的電感線(xiàn)圈則可感應(yīng)到弛豫引起的方向上的電感線(xiàn)圈則可感應(yīng)到弛豫引起的FIDFID信號(hào)信號(hào)tt 在在90900 0脈沖作用下的脈沖作用下的FIDFID信號(hào)及其頻譜信號(hào)及

5、其頻譜t(c) （b）的頻譜(a) 900射頻脈沖(b)=0+ 的FID信號(hào)(d) =0時(shí)的FID信號(hào)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(chǎng)的非均勻性 散相 1800脈沖作用 M 匯聚到-Y此時(shí)可從接收線(xiàn)圈中感應(yīng)出一個(gè)射頻信號(hào)，形成自旋回波SE如不考慮磁場(chǎng)不均勻性在實(shí)驗(yàn)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(hào)和信號(hào)和SE信號(hào)信號(hào) 實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的900脈沖、脈沖、1800脈沖、脈沖、FID信號(hào)和信號(hào)和SE信號(hào)信

6、號(hào)實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的900脈沖、脈沖、1800脈沖、脈沖、FID信號(hào)和信號(hào)和SE信號(hào)信號(hào)實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的實(shí)際所觀(guān)測(cè)到的900脈沖、脈沖、1800脈沖、脈沖、FID信號(hào)和信號(hào)和SE信號(hào)信號(hào)二、實(shí)驗(yàn)裝置三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（一）FID信號(hào)觀(guān)測(cè)（二）T2測(cè)量（三）T1測(cè)量（四）化學(xué)位移測(cè)量（二甲苯的化學(xué)位移）利用核磁共振成像裝置測(cè)量二甲苯的化學(xué)位移利用核磁共振成像裝置測(cè)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(cè)量在實(shí)驗(yàn)方法上有何不同？ 3磁場(chǎng)的不均勻?qū)Τ谠r(shí)間的測(cè)量有何影響？采用什么辦法可消除磁場(chǎng)不均勻?qū)y(cè)量帶來(lái)的影響？ 4用反向恢復(fù)法（ ）和飽和恢復(fù)法（ ）測(cè)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(duì)FID信號(hào)有何影響？如何確定M翻轉(zhuǎn)了 或 ？2220900180參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 晏于模 王魁香，近代物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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