實(shí)驗(yàn)脈沖核磁共振

實(shí)驗(yàn)脈沖核磁共振第一頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二從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(jiǎng)。

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(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)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。

第二頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二一、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。第三頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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第四頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（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

，并滿足核磁共振條件

在脈沖場(chǎng)存在期間，M將以角頻率

繞B1進(jìn)動(dòng)。第五頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二如引入旋轉(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，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。第六頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二這時(shí)由于Mxy的變化，線圈中將感應(yīng)出一小電動(dòng)勢(shì)，即核磁共振信號(hào)，稱為自由感應(yīng)衰減信號(hào)（freeinductivedecay，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。線圈中所感應(yīng)到的FID信號(hào)為

第七頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二M0M0zz9001800

M的旋轉(zhuǎn)示意圖‘zFID信號(hào)zB0B0xyMz

900脈沖過后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

y方向上的電感線圈則可感應(yīng)到弛豫引起的FID信號(hào)第八頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二tt

在900脈沖作用下的FID信號(hào)及其頻譜t△ω(c)（b）的頻譜(a)900射頻脈沖(b)ω=ω0+Δω的FID信號(hào)(d)ω=ω0時(shí)的FID信號(hào)0(e)（d）的頻譜第九頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（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決定第十頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（a）（b）（c）（d）（e）

自旋回波的形成第十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二900脈沖和1800脈沖作用下所形成的FID信號(hào)和SE信號(hào)

第十二頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二實(shí)際所觀測(cè)到的900脈沖、1800脈沖、FID信號(hào)和SE信號(hào)實(shí)際所觀測(cè)到的900脈沖、1800脈沖、FID信號(hào)和SE信號(hào)實(shí)際所觀測(cè)到的900脈沖、1800脈沖、FID信號(hào)和SE信號(hào)第十三頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、實(shí)驗(yàn)裝置

第十四頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

（一）FID信號(hào)觀測(cè)

第十五頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（二）T2測(cè)量

第十六頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（三）T1測(cè)量

第十七頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二（四）化學(xué)位移測(cè)量（二甲苯的化學(xué)位移）

第十八頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二利用核磁共振成像裝置測(cè)量二甲苯的化學(xué)位移

第十九頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二利用核磁共振成像裝置測(cè)量酒精的化學(xué)位移

第二十頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二思考題：

1．試分析縱向弛豫和橫向弛豫的物理含義。

2．T2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？第二十一頁(yè)，共二十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二參考文獻(xiàn)

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