Способ измерения отношения времен релаксации Советский патент 1990 года по МПК G01N24/00 

Решение относится к радиоспектроскопии и может быть использовано как в науке (физике, химии, биологии), так и в производстве, где необходимо быстро и точно определять релаксационные характеристики изучаемых или контролируемых объектов.

Цель решения - расширение пределов измерений при одновременном упрощении способа.

Сущность способа заключается в том, что описанная импульсная последовательность может быть представлена в виде повторяющейся с периодом Т

четверки ВЧ-импульсов, временной интервал между которыми также равен

Т

рх Ех

р - р -Ъ

(1)

Сл

Јь

00 00

оэ

где Ру - означает, что вдоль оси X вращающейся системы координат приложен ВЧ-импульс, приводящей к нутации вектора намагниченности на угол об j вокруг положительного направления оси X.

Соответствующие операторы поворота могут быть записаны следующие образом:

РХ

100

О coeoi,- sinod, I, О ainoL{ costf,/

1 ОО

О cosott sintx i

О -sin«:2 cos ui

Изобретение относится к радиоспектроскопии. Цель изобретения - расширение пределов измерений при одновременном упрощении способа. В исследуемом объекте возбуждают сигнал магнитного резонанса с помощью импульсной последовательности, которая представляет собой непрерывно повторяющийся цикл из четырех высокочастотных импульсов, фаза выполнения котторых колебаниями резонансной частоты меняется от импульса к импульсу так, что вектор магнитного поля, создаваемого высокочастотными импульсами, последовательно принимает положения вдоль следующих осей вращающейся системы координат: X₁, - X₁,Y₁, - Y. Измеряют начальные амплитуды сигналов спада свободной индукции после каждого импульса и определяют отношение T₁/T₂, учитывая, что в разных межимпульсных интервалах эволюция X-компоненты намагниченности протекает при различных зависимостях от отношения T₁/T₂. 2 табл.

cosftij 0 sinoij 01 0

-sin6ib 0 cosei,

Воздействие такой импульсной последовательности (ИП) на спиновую систему может быть рассмотрено на основе решения уравнений Блоха в вращающей- ся системе координат операторным методом. Операторный метод позволяет решить задачу аналогичную рассматриваемой для последовательности таких типов20

- Р.

-Рх - Р, - Р„ (3)

В результате воздействия на спиновую систему ИП типа (1) в течение времени много большего времени релаксации устанавливается квазистационарный сигнал резонанса, т.е. после каждого ВЧ-импульса появляется у-компо- нента сигнала ССИ одинаковой начальной амплитуды и с одинаковым поведением в межимпульсном интервале (х-ком понента не появляется, если расстройка равна нулю).

Начальная амплитуда сигнала ССИ при выполнении условия Т ;. Т и оди- наковьрс длительностях и амплитудах ВЧ-импульсов определяется следующим выражением:

fU0 sino6

Т, /Та+ 1 - cosei(T,/Ta- 1)

(А)

начальное значение намаг- - - -45

ниченности;J

- угол нутации вектора намагниченности за время действия ВЧ-импульса;

т,/т, )/|и4(р. ) - 2}/

V

рц(р-«)

ТР;

vfu1 + Т,/Та 1 + ЗТ, /Т0

55

откуда

т /т - 1 +1(МР-« )/|U(P)l /Ач

т /Т 1 + . b;

0 -sint M

P.. I °1 °

sinoC40 (2)

0

5

0

5

t, У - гиромагнитное отношение

для резонирующих ядер; В - амплитуда ВЧ-поля;

Т„и Т,- время спин-спиновой и

спин-решеточной релаксации соответственно.

В результате воздействия импульсной последовательности типа (1) появляются как у, так их- компоненты намагниченности после каждого импульса. Если положить углы oЈj одинаковыми для всех ВЧ-импульсов и равными Т/2 (90°-импульсы), то начальные значения амплитуд ССИ (т.е. сразу после окончания ВЧ-импульса) оказываются связанными с отношением времени релаксации Т,/Тй простыми соотношениями (см.табл. 1).

Из табл. 1 видно, что, измеряя начальные амплитуды сигналов ССИ после каждого ВЧ-импульса, можно определять отношение времен релаксации Т,/Та. Например

tYV 1+зтХ h(V

Р

2ТнтГ7т

гдеЛА() - начальное значение,

v - кт мттпн« ичч,| пыг-натта

компоненты сигнала ССИ после действия ВЧ-импульса РХ.

Тогда

(Uu(Px)/M4(Pu) 2(1 + Т,/Т)/(1 +

+ зт, /тг)

откуда 2 (Рг)/|и,(Р-«) (5)

Экспериментальная проверка способа проведена на релаксометре ЯМР, рабочее поле которого составляло 0,007 Тл. В качестве образцов использовался водный раствор парамагнитна : ионов |Un различной концентрации, 4to

обеспечивало различные отношения времен релаксации. Времена Т. и

Тг измерялись для каждого образца сначала обычными методами (последовательности Карра-Перселла), затем с помощью данного способа.

Эксперименты показали, что способ позволяет значительно расширить пределы измерения, а также технически упростить процесс измерений, так как отпадяет необходимость применять дополнительную магнитную систему для создания неоднородности магнитного поля. Кроме того, способ позволяет сократить время измерений.

Формула изобр

е т е н и я

Способ измерения отношения времен релаксации, включающий возбуждение сигнала магнитного резонанса в образце с помощью последовательности высокочастотных импульсов и измерение начальных амплитуд сигналов спада свободной индукции, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью расширения

пределов измерений при одновременном упрощении способа, высокочастотные импульсы подбирают так, что вектор магнитного поля, создаваемого этими импульсами, совпадает по направлению последовательно с осями х , -х, у, -у, вращающейся системы координат и измеряют начальные амплитуды спада свобод- ной индукции Ми(Р-х ) и MU(PX) после каждого из высокочастотных импульсов, вектор магнитного поля которых направлен соответственно вдоль осей -х, их, а отношение времен релаксаций определяют по формуле

Т, 1 + /АМР-«)//МР)

Т4 1 + 3|АА(Р,)/(РХ)|

где Т i - время спин-решеточной релаксации;

Т 2 - время спин-спиновой релаксации;

- высокочастотные импульсы вдоль осей -х, х соответственно.

Таблица 1

-х,х