自旋回波原理.pdf

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1、实验7-2自旋回波自旋回波(SpinEcho)是射频脉冲与静磁场中核磁矩体系相互作用的结果。两个具有适当宽度的射频脉冲以一定的间隔相继作用在静磁场中的核磁矩体系上，经过一段时间在接收系统中会出现一个感应信号，信号与第二脉冲的间隔恰好等于脉冲之间的间隔，就象脉冲信号的回波一样，故称为“自旋回波”。图7-2-1是自旋回波的示意图。自旋回波不仅是一种有趣的物理现象，而且也t0是一项重要的实验技术。利用自旋回波技术可以测0t1τ+2t12τ量弛豫时间T1和T2，特别是可剔除磁场不均匀对T2的影响。还可以研究

2、所谓“自扩散效应”。图7-2-1自旋回波一、实验目的1.用实验手段研究射频脉冲与静磁场中核磁矩体系的相互作用，学会用矢量模型介释实验现象。2.用自旋回波方法测量T2。3.用射频脉冲法测量T1。二、实验原理1.自由感应衰减(FID)zMt=0M0M00t=01y0y0Mty''MMH1x(ax(c(b)x')')图7-2-2自由感应衰减（FID）173hh磁共振的宏观理论告诉我们，满足共振条件时，磁化强度矢量M在旋转坐标系中将绕H以1hω=γH的角频率进动。假设H在t=0的时刻加上，在tt==π22ω

3、=πrH时撤去，111111hhh那么在0～t1这段时间里M绕H1恰好转过90°(图7-2-2)。这个脉冲的作用是使M转过90°，故称为90°脉冲。显然t1的大小与H1有关，当H1很强时，t1可能比系统的弛豫时间T1、T2小得多，这正是用射频脉冲激发磁矩系统的基本要求。(为什么?)h根据Bloch的假设，射频脉冲撤去以后M的纵向分量Mz和横向分量Mxy将各自按指数规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弛豫过程在x'''yz系中观察如图7-2-1b所示。在xyz系中观察则如图7-2-2c所示。弛豫时间过程中Mxy≠0，所以在接受线圈（在自差法中这个线圈也是发射线圈）中将感应出一个信号，感应信号的频率与进动频率ω0相同，其包络与Mxy的大小成比例。这样一个频率为ω的指数衰减信号称为自由感应衰减信号，即FID信号。理论分析表明(图7-2-3a)，FID0-teT2FID信号ttt1载波ω00t1(a)调制在载波上

5、的FID信号(b)检波(介调)后得到的FID信号图7-2-3FID信号信号(时域信号)与波谱(频域信号)互为付里叶变换。在PFT-NMR系统中就是利用计算机对FTtωt1ω0FID信号FID信号图7-2-4时域信号和频域信号之间的变换FID信号进行快速付里叶变换以后得到波谱的(图7-2-4)。t−(图7-2-3a)表示FID信号的幅度正比于eT2，实际上由于外磁场H的不均匀，样品中0174不同核磁矩所处场大小不同，衰减时进动频率不相同，不同进动频率的指数衰减信号叠加的结果使总和的FID信号以T2"衰

6、减，T2"满足111=+"'TTT2221其中T2是Bloch定义的横向弛豫时间，而T2'，则反映了外场H0的不均匀(T2'=)。T2'γΔH0的作用相当于使上能级的寿命缩短，从而使谱线展宽，用NMR方法通过测量线宽来计算T2时实际上将T2'的影响也包含进去了。对液体样品来说，T2'常比T2要小得多，所以用线宽来衡量T2是不合适的，以下我们将看到自旋回波技术就可以避免T2'的影响。2.自旋回波(SpinEcho)和自由感应衰减一样，自旋回波也可以用矢量模型来解释。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图7-2-590−τ−180自旋回波矢量图解设磁场不太均匀，T2"

8、到达x''−y面上的y'轴，随后可接收到自由进动信号，它以时间常数T2"h衰减至零(图7-2-6)。这个过程相当于不同磁场处的局部磁化强度矢量M在x''−y平面上分i散成均匀分布。这分散主要不是由于自旋⎯自旋弛豫作用，而是由于外磁场的不均匀。我175们挑出样品中两个微小部分，它们各处于稍h微不同的磁场中，它们的磁化强度矢量M1h和M在旋转坐标中各自沿相反方向绕z'轴e-t/T"22进动，前者所处的磁场比平均磁场大，后者e-2τ/T2所处的磁场比平均磁场小，在t=τ时刻