自旋回波原理.pdf

《自旋回波原理.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、實(shí)驗(yàn)7-2自旋回波自旋回波(SpinEcho)是射頻脈沖與靜磁場中核磁矩體系相互作用的結(jié)果。兩個具有適當(dāng)寬度的射頻脈沖以一定的間隔相繼作用在靜磁場中的核磁矩體系上，經(jīng)過一段時間在接收系統(tǒng)中會出現(xiàn)一個感應(yīng)信號，信號與第二脈沖的間隔恰好等于脈沖之間的間隔，就象脈沖信號的回波一樣，故稱為“自旋回波”。圖7-2-1是自旋回波的示意圖。自旋回波不僅是一種有趣的物理現(xiàn)象，而且也t0是一項(xiàng)重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。利用自旋回波技術(shù)可以測0t1τ+2t12τ量弛豫時間T1和T2，特別是可剔除磁場不均勻?qū)2的影響。還可以研究

2、所謂“自擴(kuò)散效應(yīng)”。圖7-2-1自旋回波一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.用實(shí)驗(yàn)手段研究射頻脈沖與靜磁場中核磁矩體系的相互作用，學(xué)會用矢量模型介釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2.用自旋回波方法測量T2。3.用射頻脈沖法測量T1。二、實(shí)驗(yàn)原理1.自由感應(yīng)衰減(FID)zMt=0M0M00t=01y0y0Mty''MMH1x(ax(c(b)x')')圖7-2-2自由感應(yīng)衰減（FID）173hh磁共振的宏觀理論告訴我們，滿足共振條件時，磁化強(qiáng)度矢量M在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中將繞H以1hω=γH的角頻率進(jìn)動。假設(shè)H在t=0的時刻加上，在tt==π22ω

3、=πrH時撤去，111111hhh那么在0～t1這段時間里M繞H1恰好轉(zhuǎn)過90°(圖7-2-2)。這個脈沖的作用是使M轉(zhuǎn)過90°，故稱為90°脈沖。顯然t1的大小與H1有關(guān)，當(dāng)H1很強(qiáng)時，t1可能比系統(tǒng)的弛豫時間T1、T2小得多，這正是用射頻脈沖激發(fā)磁矩系統(tǒng)的基本要求。(為什么?)h根據(jù)Bloch的假設(shè)，射頻脈沖撤去以后M的縱向分量Mz和橫向分量Mxy將各自按指數(shù)規(guī)律回到原先的平衡位置：dMMM??tt?zz0??????=?MtM()=?()01?eT11?=?M?1eT???dtT?z20???

4、?1???????dMM?xy=xy??t?dtT?MtMe()=()0T2?2?xyxy弛豫過程在x'''yz系中觀察如圖7-2-1b所示。在xyz系中觀察則如圖7-2-2c所示。弛豫時間過程中Mxy≠0，所以在接受線圈（在自差法中這個線圈也是發(fā)射線圈）中將感應(yīng)出一個信號，感應(yīng)信號的頻率與進(jìn)動頻率ω0相同，其包絡(luò)與Mxy的大小成比例。這樣一個頻率為ω的指數(shù)衰減信號稱為自由感應(yīng)衰減信號，即FID信號。理論分析表明(圖7-2-3a)，F(xiàn)ID0-teT2FID信號ttt1載波ω00t1(a)調(diào)制在載波上

5、的FID信號(b)檢波(介調(diào))后得到的FID信號圖7-2-3FID信號信號(時域信號)與波譜(頻域信號)互為付里葉變換。在PFT-NMR系統(tǒng)中就是利用計(jì)算機(jī)對FTtωt1ω0FID信號FID信號圖7-2-4時域信號和頻域信號之間的變換FID信號進(jìn)行快速付里葉變換以后得到波譜的(圖7-2-4)。t?(圖7-2-3a)表示FID信號的幅度正比于eT2，實(shí)際上由于外磁場H的不均勻，樣品中0174不同核磁矩所處場大小不同，衰減時進(jìn)動頻率不相同，不同進(jìn)動頻率的指數(shù)衰減信號疊加的結(jié)果使總和的FID信號以T2"衰

6、減，T2"滿足111=+"'TTT2221其中T2是Bloch定義的橫向弛豫時間，而T2'，則反映了外場H0的不均勻(T2'=)。T2'γΔH0的作用相當(dāng)于使上能級的壽命縮短，從而使譜線展寬，用NMR方法通過測量線寬來計(jì)算T2時實(shí)際上將T2'的影響也包含進(jìn)去了。對液體樣品來說，T2'常比T2要小得多，所以用線寬來衡量T2是不合適的，以下我們將看到自旋回波技術(shù)就可以避免T2'的影響。2.自旋回波(SpinEcho)和自由感應(yīng)衰減一樣，自旋回波也可以用矢量模型來解釋。z'z'z'M0M2t=t10y'0

7、y'y'MMB1M1t=0t=t1t=τx'x'x'(b)(c)(a)z'z'M'2y'My'0M'1x't=τ+2t1x't=2τ(d)(e)oo圖7-2-590?τ?180自旋回波矢量圖解設(shè)磁場不太均勻，T2"

8、到達(dá)x''?y面上的y'軸，隨后可接收到自由進(jìn)動信號，它以時間常數(shù)T2"h衰減至零(圖7-2-6)。這個過程相當(dāng)于不同磁場處的局部磁化強(qiáng)度矢量M在x''?y平面上分i散成均勻分布。這分散主要不是由于自旋?自旋弛豫作用，而是由于外磁場的不均勻。我175們挑出樣品中兩個微小部分，它們各處于稍h微不同的磁場中，它們的磁化強(qiáng)度矢量M1h和M在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)中各自沿相反方向繞z'軸e-t/T"22進(jìn)動，前者所處的磁場比平均磁場大，后者e-2τ/T2所處的磁場比平均磁場小，在t=τ時刻