核磁共振基本原理2讲.PPTVIP

核磁共振原理及其在生物学中的应用 第一章 核磁共振基本原理 § 1.4 — § 1.5 § 1.4 矢量模型和Bloch方程 在外磁场中核磁矩的运动规律 旋转坐标系 弛豫 Bloch方程 拉莫进动 如果由于某种因素使得磁化矢量M 偏离平衡位置,它将会在外磁场下作拉莫进动，进动频率称为Larmor频率 核磁矩在外磁场中的进动 磁化强度矢量 热平衡时的磁化矢量  § 1.4 矢量模型和Bloch方程 在外磁场中核磁矩的运动规律 旋转坐标系 弛豫 Bloch方程 射频场 射频场的分解 射频场的分解 旋转坐标系 磁化矢量在旋转坐标系的运动 磁化矢量在旋转坐标系的运动(续) 虚拟磁场和有效磁场 有效磁场 矢量模型下的核磁共振 射频脉冲 90°脉冲与180 °脉冲 § 1.4 矢量模型和Bloch方程 在外磁场中核磁矩的运动规律 旋转坐标系 弛豫 Bloch方程 纵向弛豫和横向弛豫 纵向弛豫 横向弛豫 Bloch方程 旋转坐标系中的Bloch方程 Bloch方程的稳态解 吸收信号和色散信号 乙醇CH3CH2OH的1H谱 线型  § 1.5脉冲付里叶变换核磁共振基本原理 CW（连续波）核磁共振的问题 如何加快记谱速度 自由感应衰减信号（FID） Fourier变换 CW（连续波）核磁共振的问题 如何加快记谱速度 连续波和脉冲的频谱 自由感应衰减信号（FID） 一个样品的FID 射频脉冲 两种信号的关系 Fourier变换 硬脉冲 例子 500MHz谱仪，质子谱，谱宽5000Hz, Offset 2500Hz=1.6x104rads-1 90°脉冲12?s ?＝?1tp 组合脉冲 吸收信号的峰值与T2有关，但吸收曲线下所包围的面积在饱和因子S1时却与T2无关 当S1时 核磁共振信号 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 当S1时 被称为罗仑兹线型函数 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 有极大值 当 横向弛豫与半高处的宽度有关 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 核磁共振的主要局限性是其固有的低灵敏度 波谱累加的结果将会使信噪比S/N增加 倍从而提高灵敏度 CW扫描得到一张波谱所消耗的时间，典型的是100－500秒 慢通过条件：能应用稳态解的条件是扫描通过共振区的时间远大于弛豫时间T1及T2 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 脉冲包含多个频率成分，因而射频脉冲激发相当于多频率激发 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 在连续波的情况下，直接得到频谱，即前面所说的吸收信号和色散信号，称为频域信号 而在脉冲的情况下得到的是不同共振频率自由感应衰减的相干图，称为时域信号 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 若将一个x方向的射频场B1，在共振条件下加到核系统上，施加时间为tp秒，则磁化强度矢量M将绕x? 轴章动?角度 ?＝?1tp＝?B1 tp 脉冲功率 以圆频率表示就是?1＝?B1 脉冲宽度 脉冲作用的时间tp／脉冲作用下磁矩章动的角度? 脉冲相位 射频场的方向／旋转坐标系中的起始相位 90度脉冲的作用 脉冲后的自由进动 弛豫导致的相散 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 在正交检波模式下 脉冲激发的方法得到的自由感应衰减是一个时间域内的函数 连续波的方法激发得到的核磁共振波谱则是频率域的函数 两者通过Fourier变换相关连 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 上式就是Bloch方程的稳态解。实部对应于吸收信号，虚部对应于色散信号 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 d6一二甲亚砜，天然丰度13C核磁共振FID信号及付里叶变换波谱 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 为了使得在谱宽sw (spectrum width) 的范围内所有的核都旋转同样角度?，射频脉冲必须足够的强: ?1 = ?B1 2??sw 进而脉冲宽度必须短于弛豫时间 tpT1、T2 以保证在脉冲期间弛豫作用可以忽略 反过来，功率很低的脉冲可以称为软脉冲 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 比最大Offset 大8倍 组合脉冲：几个脉冲组合起来完成一个脉冲的作用，但具有更好的特性如在较宽的频率范围内起作用，对脉冲宽度的变化不太敏感，对频偏效应有一定的纠正，等等 组合180度脉冲： R＝90?(x)180?(y)90?(x) 可使磁化矢量在较宽的频率范围翻转180? X X -X -X Y Z -Z Y Z -Y -Y -Z 没有频偏时效果等同于180?(y) 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉 红色：180脉冲后的Z分量 绿色：组合180