自旋回波法测量横向弛豫时间

（3）用自旋回波法测量横向弛豫时间
将第1脉冲调至90o脉冲（自由衰减最大），调节 第2脉冲至180o脉冲（自由衰减最小），调节磁场
（调节I0）至共振频率与射频脉冲频率相等就可
以观察到自旋回波。
调节I0至自旋回波最大，调节第1脉冲至自旋回波
Pz m (m I, I 1, , I 1, I)（6.4）
m 为磁量子数，相应地
此时原（2I 1)度Z 简并 能 P级Z 发 生 塞m曼分裂，形（成（6.25I）1)
个分裂磁能级
相E邻两个 B能0 级 之间co的s能 B量0 差zB0 mB0 （6.6）
x y 平面上产生一自由衰减信号。这个
信号初始幅值必定等于M Z (t)。如果等待时间
t 比 T1 长得多，样品将完全恢复平衡。用另
t 一不同的时间间隔 重复180°- 90°脉冲序
列的实验，得到另一FID信号初始幅值。这
t 样，把初始幅值与脉冲间隔 的关系画出曲
线就能得到图。
曲线表征磁化强度M经180°脉冲反转后 M（Z t)
对I 1/ 2E的核， 例 如氢B、氟等，在0 磁场中仅（分6.7裂）
为上下两个能级。
（2）核磁共振
实现核磁共振的条件： 在一个恒定外磁场B0作用下， 另在垂直于的平面（x,y平面）内加进一个旋转磁场
B1，使B1转动方向与 的 拉摩尔进动向相同，见
图6.1（a）。
2B cos t

B

B
6.1（b）
体磁化强度
磁共振的对象是 包含大量等同核的系统，用体磁
化强度M来描述，和系统M和单个核的
为
i 关系
N
M i
i 1
M体现了原子核系统被磁化的程度
（4）射频脉冲磁场B1瞬态作用
引入一个旋转坐标系(x, y, z) ，Z方向与B0
方向重合，坐标旋转角频率 0 ，则M在
按指数规律恢复平衡态的过程。以此实测
曲 驰线豫可时算间出）纵。向最驰简豫约时的间方法T1是（寻自旋找—M晶Z (t格) 0
处 ，由式 T1 tn / ln 2 1.44 tn 得到。
实验内容
（1）匀场的调节 实验前将脉冲将旋至最大。调节Z、X、Y使“自由
衰减”时间大于20ms（约2ppm的精度）。 调节匀场电源的目的是为了获得均匀磁场，从而
新坐标系中静止。若某时刻在 x方向上加
一个射频脉冲磁场B1，则M将以频率B1 绕 x
,
轴进动如图所示。 z
z
z
M

O B1 x'
B0
M
y'
O
B1
x'
M
O
y'
y'
B1
x'
弛豫过程
纵向驰豫又称为自旋—晶格驰豫。是指自旋系 统把从射频磁场中吸收的能量交给周围环境， 转变为晶格的热能。自旋核由高能态无辐射地 返回低能态
磁场的能量使势能增加，见式（6.6）。如
果B1 的旋转频率 与 0 不等，自旋系统
会交体地吸收和放出能量，没有净能量吸 收。因此能量吸收是一种共振现象，只有
振B1。的旋转频率 与0 相等使才能发生共
旋转磁场B1的获得：
由振荡回路线圈中产生的直线振荡磁场得 到。
一 个2B1 cos t 的直线磁场，可以看成两个相 反方向旋转的磁场B1合成，见图6.1（b）。
实验目的
（1）掌握脉冲核磁共振的基本概念和方法。 （2）学会用基本脉冲序列测量液体样品的
驰豫时间，观测核磁共振现象。 （3）了解傅立叶变换-脉冲核磁共振实验
方法测量核磁共振谱。
实验原理
核磁共振是指受电磁波作用的原子核系统在 外磁场中能级之间发生共振跃迁的现象
研究对象：磁性核（原子核的自旋是质子和 中子自旋之和，只有质子数和中子数两者 或者其中之一为奇数时，原子核具有自旋 角动量和磁矩。这类原子核称为磁性核。 ）
z 转至 方向，而由于纵向驰豫效应使Z轴方向的
磁化强度幅值沿-Z轴方向逐渐缩短，乃至变为零，
再沿Z轴方向增长直至恢复平衡态M，随时间变化
的规律是以时间呈指数增长，见图6.4。
Mz(t)
M0
O
tm
Fra Baidu bibliotek
-M0
t
图6.4
t
为检测 M z 瞬时值 M z (t) ，在180°脉冲后，隔
t 一时间 再加上90°脉冲使 M z倾倒至
横向驰豫又称为自旋—自旋驰豫。自旋系统内 部也就是说核自旋与相邻核自旋之间进行能量 交换，不与外界进行能量交换，故此过程体系 总能量不变。
自旋回波法测量横向弛豫时间 自旋—自旋驰豫过程，由非平衡进动相位产 生时的体磁化强度M的横向分量 M ≠0恢复到 平衡态时相位无关M =0表征，所需的特征时 间即横向弛豫时间T2
（1）具有自旋的原子核，其自旋角动量P为
P I (I 1)
I 为自旋量子数，其值为半整数或整数，由核性质
决定 .
自旋的核具有磁矩 ， 和自旋角动量 P 的关系为
＝ P
为旋磁比。
(2I 1)
由于核自旋角动量p空间取向是量子化的。p在方 向上的分量只能取(2I 1)个值，即：
z B0

B1

在外加磁场B0=0时，核 自旋为I的核处于2I+1度
简并态，外磁场B0不为0

时，磁矩绕B0进动，角
频率为
B
y
6.1(a)
0 B0
x
如 B1 的转动频率 与拉摩尔进动频率 0 相
等时， 会绕 B0和 B1 的合矢量进动，使
与 B0 的夹角 发生改变，增大，核吸收 B1
原理：
在900脉冲之后产生一个自由感应衰减信号，经过
后给样品加 180 脉冲，再经过t（即 t 2 ）
时就会出现第二个核感应信号，这个信号就是自
旋回波信号，见图6.3。


90° impulse
180° impulse
Span backwave
反转恢复法测量纵向弛豫时间
当系统加上 180脉 冲时，体磁化强度M从 轴反z
提高磁铁精度从而提高测量精度
（2）用示波器观察自由衰减信号（FID） 用第一脉冲进行观察。第一脉冲宽度由零开
始调大至某值，相应磁场 I 0 调整，观察波形变化， 目的都使FID信号衰减最慢，脉冲宽度变化意味着样 品体系、磁化矢量、倾倒角的变化，设置不同的脉 冲角度，如90°, 180°等，观察FID变化，90°信 号最大，180°信号为零。