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第 02 章

02-01
基础知识

02-02
原子核的磁性

02-03
Boltzmann分布

02-04
Larmor方程

02-05
共振

02-06
磁化矢量

02-07
旋转坐标系

02-08
磁共振信号

02-09
频率分析:Fourier变换


02-08  磁共振信号

要激发一个自旋体系,只需用一个频率与其Larmor频率相等的连续电磁波对其进行辐射即可。但是,在磁场中,最常用的激发原子核的方法是:在一个很短的时间内,用一束高强度的辐射波来激发原子核,即脉冲式磁共振。

辐射波的频率必须与待激发原子核的Larmor频率相等或相近。从旋转坐标系中观察,辐射波的照射导致磁化矢量偏离外加磁场的方向,见图02-12。

图02-12
上图:在平衡态下,沿外加磁场B0方向上有一个静止的磁矩M0
中图:90°脉冲作用使M0处于x-y平面内;
下图:180°脉冲使M0发生了倒转。


要理解这一点,就必须牢记:在旋转坐标系中,处于共振状态的自旋是静止的,也即可以忽略静磁场对自旋的作用。因此,自旋能感受到的磁场是由射频脉冲产生的磁场B1。和在静止坐标系中自旋会绕B0旋进一样,自旋将绕磁场B1旋进。

也就是说,在射频脉冲作用之前,如果指定z-轴方向为磁场B0的方向,自旋将绕z-轴方向旋进(见图02-12的上图),在x′-y′平面内的任何方向,都不存在净磁化矢量。在射频脉冲作用下,净磁化矢量偏离z-轴靠近旋转坐标系的x′-轴和y′-轴。

在射频脉冲作用下,自旋将继续绕B0旋进,但是他们的旋进不再是随机的了,他们以相同的相位旋进,在x′-y′平面产生一个净磁化矢量。一个沿x′-轴方向的90度脉冲会使净磁化矢量落在y′-轴方向。当射频波强度一定时,射频脉冲角度取决于射频脉冲作用时间。产生一个180度脉冲所需要的时间是产生一个90度脉冲所需要的时间的两倍。

图02-12的中图示意了一个90度脉冲作用结果,图02-12的下图示意一个180度脉冲使净磁化矢量发生了倒转。

在标准的静态坐标系中,在x′-y′平面内产生一个垂直于静磁场B0并以Larmor频率旋转的磁化矢量分量。纵向磁化矢量平行于静磁场方向,横向磁化矢量位于x′-y′平面并垂直于静磁场方向。根据Faraday感应定律,在围绕着待测样品的接收线圈中,横向磁化矢量能诱导一个感应电压。

当射频脉冲作用停止后,自旋向平衡态恢复过程中发射信号。当磁场和样品都很均匀时,通常会出现如图02-13a图所示的信号。这个信号被称之为体系的自由感应衰减或者FID。FID类似于阻尼震荡信号。

如果磁场不均匀,待测样品的不同部分感受到的磁场场强不同,因此,待测样品的不同部分拥有不同的Larmor频率,从而产生一个如图02-13b所示的复杂FID。




图02-13

自由感应衰减(FID)信号:(a)纯水;(b)水溶液。大多数样品的FID信号要比图中所示的复杂。
SI信号强度;t时间。


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