中国石油大学（华东） 近代物理实验 实验3-2-2脉冲核磁共振 周丽霞 理学院物理与光电工程系
周丽霞 理学院 物理与光电工程系 中国石油大学（华东）——近代物理实验 实验3-2-2 脉冲核磁共振
实验背景 实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容 注意事项 思考题
1 实验背景 2 实验目的 3 实验原理 4 实验仪器 5 实验内容 6 注意事项 7 思考题
实验背景 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MR。 hv =gLy B 农业 食品 原子核 原子核 石油 吸收能量 自旋能级裂距 地质 应用领域 化工 能源 利用核磁共振 进行结构测定。 生 材料 科学 科学
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。 N h g B = 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
2.核磁共振发展史 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。 Bloch(1905-1983) Purcell(1912-1997)
• 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。 I973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。 ID 2D ·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
• 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T,和横向弛豫时间T,的物理意义，掌握测 量T,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
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 外磁场B B 磁化强度大 矢量M 原子核吸收 射频场B1 能量，发生 核磁共振 施加射频脉冲前 施加90射频脉冲 施加90射频脉冲后
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 z y x 磁化强度 矢量M 施加射频脉冲前 外磁场B z y x M 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 z B y 1 x M 施加90o射频脉冲后 B
B B 磁化强度 矢量M 原子核吸收能 量，发生核磁 共振 施加射频脉冲前 施加180射频脉冲后 射频脉冲产生的旋转磁场B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：hv=84vB y为旋转磁场B,的频率
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。 N 核磁共振发生的条件：h g B = 施加180o射频脉冲后 z B y 1 x M B z y x 磁化强度 矢量M 施加射频脉冲前 B 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。 B 横向弛豫过程： M回到等于O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： M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。 90°射频脉冲撤销后的弛豫过程
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 M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。 信号 幅度 自由感应衰减 射频线圈 利用射频线圈接收核磁共振信号 核磁共振信号
(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