核磁共振实验讲义 - 图文(2)

经过90脉冲后得到?x?0，?y?0，?z??1因为对电磁辐射有贡献得是B的x，y所以在B横向最强时经过90脉冲后不管处于激发态还是基态辐射为零。 2) ?B1t??称为180脉冲: 根据根据初始条件分为:

?a) 基态t?0,?x?0，?y?0，?z?1?a?1,c?0,?0?0经过180脉冲后得

??? ?x?0，?y?0，?z??1。基态跃迁至激发态。原子核在激发态下辐射为零。

?x?ccos?0t?asin?0sin?0t任意状态?y?asin?0cos?0t?csin?0t经过180脉冲后得

??z?acos?0?x?ccos?0t?asin(???0)sin?0t?y?asin(???0)cos?0t?csin?0t (5-12) ?z?acos(???0)又可表达为

?x?ccos?0t?asin?0sin?0t?y??asin?0cos?0t?csin?0t (5-13) ?z??acos?0即沿着X轴方向翻转180O。

4.自由衰减过程(自发辐射):

不加射频场脉冲， B1?0所以(6)式变为

d?x????BZ?y?xdtT2d?ydt??Bz?x??yT2 (5-14)

d?z???z0??zdtT1其解为

?x?exp(?t?t0)cos(?0t??0)T2t?t0)sin(?0t??0) (5-15) T2t?t0)T1?y??exp(??z?1?exp(?第二节 连续核磁共振实验

一、实验目的：

用边限振荡器扫场法观察H的核磁共振现象，验证共振频率与磁场的关系2?f0??B0。

测定H核的g因子、旋磁比?及核磁矩? 。

观察F的核磁共振现象。测定F核的g因子、旋磁比?及核磁矩? 二、实验装置及原理

（5-8）式是连续核磁共振的基本方程，在T2(???0)?10条件下可以得到共振曲线如图（5-2-1A），实验中我们采用边限振荡器观察吸收曲线，为了减小饱和效应提高信号我们扫场法观察共振信号，如图（5-2-1B）

图 5-2-1 连续核磁共振的共振曲线和共振信号

实验装置有永磁铁、边限振荡器、扫场电源、频率计、高斯计，示波器等组成，如图5-2-2。

1. 边限振荡器：边限振荡器是处于振荡与不振荡边缘状态的LC振荡器（也有翻译为边缘振荡器 marginal oscillator），样品放在振荡线圈中，振荡线圈和样品一起放在磁铁中。当振荡器的振荡频率近似等于共振频率时振荡线圈内射频磁场能量被样品吸收使得振荡器停振，振荡器的振荡输出幅度大幅度下降，从而检测到核磁共振信号。

2. 扫场电源：扫场电源控制共振条件周期性发生以便示波器观察，同时可以减小饱和对信号强度的影响。一般扫场电源采用频率50Hz市电经变压器降压完成。扫场范围调节通过改变串联电阻完成。

图5-2-2 连续核磁共振的实验装置

3. 频率计：频率计用于测量振荡器的振荡频率。 4. 示波器：示波器用于观察共振信号，注意示波器的同步模式应设为Nomal（普通），同步源设为line（电源）否则共振信号无法同步。如果采用李萨如图形观察可以避免同步不稳带来的观察困难。 四、实验内容：

观察水的H核磁共振信号 样品1%CuSO4水溶液 共振频率 磁场 观察水F核磁共振信号 样品 211氟碳材料

仪器设备：XJ4453A示波器、GY-CWNMR-10边限振荡器、HCF1000频率计

思考题：已知磷的旋磁比?31P?1.08290?108rad?S?T?1。计算在本实验装置的磁体中的31P共振频率。

第三节 脉冲核磁共振实验

一、实验目的：

了解脉冲宽度与FID信号幅度及相位的关系。从而了解90脉冲180脉冲的含义。

了解相位散失的机理，180脉冲的作用，相位重聚和自旋回波的原理，T2的含义。

了解反转恢复法测量T1的原理。

了解饱和恢复法测量T1的原理，从而了解T1加权图的工作原理。

二、实验装置及检测原理：

实验装置采用脉冲核磁共振成像教学实验系统，它包括磁铁、探头、开关放大器、相位检波器、振荡器、控制采集器、计算机、梯度电流驱动器。如图 5-3-1

图5-3-1 脉冲核磁共振的实验装置

1）探头：包括梯度线圈和射频线圈，在脉冲核磁共振实验中梯度线圈的作用是修正磁铁本身因加工误差而带来的梯度场，起到匀场的作用，同时也是观察相位散失实验不均匀场的来源。在以后的成像实验中梯度线圈起到空间相位编码和频率编码的作用。射频线圈是旋转磁场和观察自由旋进信号的发射线圈和接收线圈。样品放入射频线圈内。 2）开关放大器：开关放大器是射频切换开关。在旋转射频场加载时将射频线圈与射频脉冲连接，此时射频脉冲与相位检波器内的放大器断开。在观察自由旋进信号时将射频线圈与相位检波器的放大器相连。这样可以避免大功率脉冲烧毁放大器和自由旋进信号观察困难。

3）振荡器：振荡器采用DDS技术具有高稳定度（10-8）低相位噪声和频率大

范围（0-30MHz）高精度（步长0.02Hz）调节。它提供射频基准和射频脉冲。

4）相位检波器：相位检波器在电子学中是将高频信号转变成低频信号，因为高频信号采集困难。在核磁共振中它的作用就是将实验室坐标系转变为旋转坐标系，才能保证每次激发时相位是一致的，从而能够得到成像所必需的相位精度。它的基本原理是将原有的信号A(t)cos?1t乘上参考信号cos?0t得到和频和差频，

A(t)cos?1tcos?0t?A(t)cos(?1??0)t?A(t)cos(?1??0)t （5-16） 和频项在调制时采用在这里无用，通过积分器或低通滤波器即可将其滤除，得到差频项以便于信号处理。如图（5-2-4）

图5-3-2 相位检波器的工作原理

4）控制采集系统：控制采集系统将计算机发送的脉冲序列代码转换成实际的脉冲序列并将信号转变成数字代码传递给计算机。其中脉冲控制为开关量，梯度控制为数模转换（DA），采集为模数转换(AD)，采集精度为二进制12位。以下仪器显示的数值均为采样值N（-2048

20485）计算机：将采集的数据进行处理，编译各种脉冲序列。它通过RS232与控制采集系统连接。 6）梯度电流驱动电路：将控制采集系统DA输出的梯度控制电压变成产生梯度场的电流。 三、实验原理：

?x?ccos(?0t)?asin(?B1t??0)sin(?0t)1）射频脉冲的作用：根据公式（5-11）?y?asin(?B1t??0)cos(?0t)?csin(?0t)

?z?acos(?B1t??0) 可以看出横向磁矩即?x随脉冲宽度t成正弦关系sin(?B1t)也就是说FID信号随

脉冲宽度周期变化翻转。如图（5-3-3）

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