低场核磁弛豫

时间：2023-03-21

低场核磁共振是原子核的磁矩受恒定磁场和相应频率的射频磁场同时作用，且满足一定条件时在它们的磁能级之间所发生的共振吸收现象。具体而言，样品中的自旋不为零的原子核，它们的磁矩在静磁场中会发生能级分裂。若用射频电磁波（Radio Frequency，RF）照射样品，当电磁波的能量等于能级分裂的差值时，低能级的原子核会吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号。而一旦恢复原状，原子核又会把多余的能量释放出来，同时状态发生变化。因此，它是一种利用原子核在磁场中的能量和状态变化来获得关于核（及其相关物质）信息的技术。

物质单位体积中所有原子核磁矩的矢量和称为原子核的磁化强度矢量 M0。无外磁场作用时，由于热运动，自旋核系统中各个核磁矩的空间取向杂乱无章，M0=0。有外磁场 B0（沿z 轴方向）时，磁化强度矢量沿外磁场方向。若在垂直于磁场 B0（90°）方向施加射频场，磁化强度矢量将偏离 z 轴方向（偏离时称 M0 为 M）；一旦射频脉冲场作用停止，自旋核系统自动由不平衡态恢复到平衡态，并释放从射频磁场中吸收的能量。

NMR 中的弛豫按其机制的不同分为两类：一类是在 RF 场关断后，自旋核和周围晶格互相传递能量，使粒子的状态呈玻耳兹曼（Boltzmann）分布，称为纵向(Gitudinal relaxation)弛豫，又叫 T1 弛豫。由于这个过程是氢核与周围物质进行热交换，最后到达热平衡，故又称为热驰豫或自旋-晶格驰豫。磁化强度矢量 M 在 90°RF 脉冲停止照射后，在 z 轴方向恢复到原来较大值的 63％时所需时间叫纵向驰豫时间。

对于T2弛豫过程，样品中磁化强度矢量的水平分量衰减到零，这种衰减来自于邻核局部场及静磁场的不均匀性引起的散相。根据拉莫尔（Larmor）进动，自旋核的角动量（磁矩）绕主磁场B0做旋进，但样品（自旋核系统）中各个自旋核旋进的频率（角频率）不会一致。这是因为每个自旋核相当于一个小磁体，自旋核之间必然存在磁相互作用，其作用结果使核磁矩从聚焦的方向上分散开来，这种分散导致M在xy平面的投影从较大值衰减到零。

驰豫过程和驰豫时间所具有的这些含义和特征，使它成为NMR技术分析中的重要参数。了解 T1、T2的本质及它们受外界的影响是掌握 NMR 理论应用的重要的物理依据和基础。对于 T1 弛豫过程，样品中的自旋核与晶格以热辐射的形式相互作用。显然，所研究的对象必须是物质中的自旋核，即自旋不为零的核，而到目前为止一般是针对物质样品中的氢核。这是由含氢物质的旋磁比、**含量和赋存状态决定的，例如在岩石骨架和孔隙流体中，几种丰度大的自旋不为零的核素是 1H、23Na、35Cl，后两种现在还不能测定，只有 1H 的丰度大，磁性强，容易测定。油井勘探储层中大量的水和烃（油、气）即如此。又如生物组织或器官内水的成份占 70%[2]，所以在其成像和波谱分析中都是将 1H 作为研究对象。

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