磁电子学器件应用原理近代物理实验 (24).ppt

实验背景1实验目的2实验原理3实验仪器4实验内容5注意事项6思考题7

1.什么是核磁共振？处于磁场中的磁矩不为零的原子核吸收电磁辐射发生原子核能级跃迁的现象，把核磁共振简称为NMR。一、实验背景利用核磁共振进行结构测定。应用领域农业食品石油化工材料科学生命科学地质能源原子核吸收能量原子核自旋能级裂距

1946年，Bloch和Purcell分别观察到水和石蜡的核磁共振现象，1952年获得诺贝尔物理奖。2.核磁共振发展史Bloch(1905-1983)Purcell(1912-1997)

1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂志上发表了题为“核磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T1时间延长”等论文。1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。1975年恩斯特（Ernst）研制出相位编码成像方法。1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了六次诺贝尔奖。

二、实验目的理解脉冲波核磁共振的基本原理，掌握核磁共振频率的测量方法；理解纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2的物理意义，掌握测量T1和T2的实验方法；理解核磁共振成像的基本原理，学会核磁共振成像方法。

三、脉冲波核磁共振基本原理1.射频脉冲对原子核的磁化强度矢量影响zyx磁化强度矢量M施加射频脉冲前外磁场BzyxM射频场B1施加90o射频脉冲B原子核吸收能量，发生核磁共振zyB1xM施加90o射频脉冲后B

原子核吸收能量，发生核磁共振射频脉冲产生的旋转磁场B1使原子核发生了核磁共振，磁化强度矢量偏离平衡位置。核磁共振发生的条件：施加180o射频脉冲后zyB1xMBzyx磁化强度矢量M施加射频脉冲前Bn为旋转磁场B1的频率

2.弛豫过程和弛豫时间弛豫过程：射频脉冲撤销后，原子核的磁化强度矢量M逐渐回到平衡位置的过程。90o射频脉冲撤销后的弛豫过程横向弛豫过程：Mxy回到等于0的状态，反映了原子核与周围自旋粒子之间的相互作用；纵向弛豫过程：Mz回到最大的状态，反映了原子核与周围晶格之间的相互作用。

(1)横向弛豫Mxy的变化使射频线圈产生感生电动势和感生电流，通过检测可得到核磁共振信号。射频线圈利用射频线圈接收核磁共振信号核磁共振信号

脉冲波核磁共振实验系统下端为射频线圈磁极样品插入口

硬脉冲自由感应衰减序列和自由感应衰减核磁共振信号射频脉冲序列1——硬脉冲自由感应衰减（硬脉冲FID）序列

旋转坐标系下的核磁共振信号旋转坐标系实验室坐标系下的核磁共振信号寻找核磁共振中心频率

FID自由感应衰减信号

横向弛豫时间T2的测量横向弛豫过程中Mxy的变化横向弛豫时间T2

散相与180o脉冲复相散相自旋回波硬脉冲自旋回波CPMG序列测量T2zyx射频脉冲序列2——硬脉冲自旋回波（CPMG）序列

测量得到的回波峰点随时间的变化37%T220万个CPMG序列测得的核磁共振信号反演处理得到横向弛豫时间

(2)纵向弛豫90o射频脉冲撤销后的弛豫过程弛豫过程中Mz的变化纵向弛豫时间T1

纵向弛豫时间T1的测量反转恢复IR序列测量T1t2tzyxM射频场B1施加180o射频脉冲BzyxM施加90o射频脉冲前BzyxM射频场B1施加90o射频脉冲Bzyx磁化强度矢量M施加射频脉冲前B射频脉冲序列3——反转恢复（IR）序列

测量得到的回波峰点随时间的变化反转恢复IR序列测量结果反演处理得到纵向弛豫时间

3.核磁共振成像在稳恒磁场上叠加x，y，z三个方向的梯度场。沿稳恒磁场方向的梯度磁场B梯度zB梯度zz?z选层记录：发生核磁共振时的频率和对应的信号幅度。核磁共振条件：所以不同位置有不同频率。

脉冲波核磁共振成像过程zyyx傅里叶变换核磁共振成像

四、实验仪器脉冲波核磁共振实验系统脉冲波核磁共振实验系统框图

五、实验内容1.观测自由感应衰减信号测量：乙醇样品；硬脉冲FID序列；测量中心频率和硬脉冲宽度。分析：分析所用脉冲序列的形式；脉冲序列作用时样品中横向磁化强度的变化。

2.自旋回波法测量横向弛豫时间T2测量：五个浓度的乙醇水溶液；硬脉冲自旋回波CPMG序列；测量不同浓度乙醇水溶液的横向弛豫时间T2。分析：分析核磁共振谱峰面积和弛豫时间与乙醇水溶液浓度的关系；讨论利用核磁共振方法测量乙醇水溶液浓度的可行性。

3.反转恢复法测量纵向弛豫曲线和纵向弛豫时间T1测量：乙醇；反转恢复IR序列；测量乙醇的纵向弛豫曲线；测量乙醇的纵向弛豫时间T1。分析：分析IR序列中