Способ измерения времен Т @ продольной ядерной магнитной релаксации Советский патент 1990 года по МПК G01N24/00 

Изобретение относится к импульсным исследованиям ядерно-магнитного резонанса (ЯМР) и может быть применено для оперативного измерения времен продольной релаксации Т.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение измерений.

На фиг.1 изображена последовательность импульсов и поведение сигнала спада свободной индукции (ССИ) в результате ее действия (сплошная линия - сигнал ССИ, обусловленный движением намагниченности в плоскости xy(A(t)), штриховая линия - сигнал ССИ, обусловленный движением намагниченности вдоль оси z(A(((t)); на фиг.2 - вторая последовательность.

импульсов и повышение сигнала ССИ в результате ее действия.

Действие последовательности рассмотрим на примере отклика образца, у которого сигналы A.(t) и AM(t) описываются выражениями

A1(t)A0exp(),(i)

A (t)A0exp().

В начальный момент времени намагниченность направлена вдоль оси z. Первый 90 х импульс устанавливает намагниченность вдоль оси у (фиг.1). Сразу после этого производится измерение амплитуды сигнала ССИ А„. За

ел

vj

00

О5

ос

время Ј2 происходит уменьшение амплитуды за счет поперечной релаксации и амплитуда становится равной

А, А0 exp(--tyr). (2) Второй 90 импульс устанавливает намагниченность вдоль z. После этого намагниченность в течение времени 21 увеличивается стремясь к равновесному значению (изменение амплитуды вдоль оси г на фиг.1 показаны штриховыми линиями). Амплитуда сигнала ССИ сразу после 180 импульса равна Al A1exp(-tJ1/T1)-A0(1-exp(- C,/Tl)),(3) т.е. амплитуда изменилась на величину А1-Лг(Ао+А О-ехрС-и/Г,)). (А)

Далее амплитуда увеличивается стремясь также к равновесному значению А0 и к началу следующего цикла становится равной A3 A7exp(- C1/T1)+A()(1-exp())t(5 т.е. за время -С, амплитуда изменилась на величину

А1-А3 -(Ав-А1)(1-ехр(- 0/Г,)). (6) Затем цикл повторяется. Скорость релаксации и в отрицательной,и в положительной осях равна 1/Т ,. Однако, как видно из формул (4) и (6), изменение амплитуды за одно и то же время t в положительной оси пропорциональ

но величине A0-A.j, а в отрицательной оси пропорционально величине А0+А и различно по знакам. Поэтому в начале 5 когда величины А0 и А положительные, с каждым циклом происходит уменьшение A(t). По мере уменьшения A(t) разница в изменениях, в положительной и отрицательной осях уменьшается и, когда А становится равной А ,измеряемая амплитуда A(t) перестает изменяться .

Учитывая выражения (2), (3) и (5) можно показать, что амплитудаf измеренная после t циклов A(t), связана с амплитудой t+1 циклов A(t-H) выражением

A(t+1)A(t)exp(-2U,/Т +

+В,(7)

где В А0(1-ехр(-Сл/Т,))2

Тогда амплитуда, измеренная в любом цикле A(t), описывается выражением

A(t)(-2 C1/T1-Vr7 t+c (8) где A e Ae-B/(1-exp(-2lVT,-V1 С B/(1-exp(-2 21/T1-VT1)).

Как видно из формупы (8), в результате действия последовательности импульсов релаксационный спад (зави- (имостъ A(t) от t) представляет собо

,

0

5

0

5

0

5

0

сумму экспоненциальной функции и постоянной составляющей С. Тогда если выбрать

и

С. такими.

1 , л I fl J Г11 П рЧ 1 W Ј- L / L }J

то Т, можно найти по нак5

VTi - -1

лону зависимости

lnU(t)-C -2t 1t/Ti. (9)

В данном решении в отличие от известного измерения проводятся не относительно А0, а относительно С, но С всегда меньше А0, и практически всегда выбором D1 и Г-j величину С можно сделать близкой к пулю, что при одинаковой относительной погрешности в измерениях амплитуд увеличивает точность в определении Tt. Для использования предлагаемой последовательности не требуется также фазовое детектирование сигнала, что позволяет производить оперативное измерение Т, с хорошей точностью в простых установках ЯМР, не имеющих фазовых детекторов.

Кроме того, от измерительного устройства не требуется анализа знака, так как измеренная величина всегда положительна, что упрощает конструкцию измерительного°устройства.

Для расширения класса исследуемых веществ необходимо между первым 90 и вторым 90х импульсами на одинаковом временном интервале С1/2 от последних добавить 90° импульс (фиг.2). Здесь используется эффект солид эхо для фокусировки намагниченности перед поворотом ее на ось z. Тогда условие 20,/Т, UJ/T можно заменить на 2Un/T , УТЭФ4 где Т ъ - эффективное время релаксации. Последнее условие является мгнее жестким, так как всегда Т и часто выполняется для твердых тел, в частности для полимеров

Пробные измерения проводили на ре- лаксометре ЯМР с резонансной частотой Н 19,5 МГц при 70°С.

Первый образец: дистиллированная вода. Измерения«Т1 проводили способом, использующим последовательность импульсов (90Х- г-180х- Cf) n , где мкс, Ј, 1000 мкс. Получили ,1 с, Т при этой температуре равна 8 с и необходимое условие вы2 1000 14

полнялось хорошо: 77:7

о, 1 И) о I U °

Второй образец, полиэтиленгликоль (молекулярная масса 40000, ,1,

Рч и

фирма Fluka-Buchs). Измерения 11 проводили двумя способами, использующи ми соответственно последовятепьности импульсов. л

(90„- 7-90у- г,-180х- С1,)

п

(90Х- С2/2-РОу-йй/2 -90Х- -180 П

где мкс, мкс.

При этой температуре мс, Т4 3лф 1 50 мс (Т 2 эфф эффективное время релаксации,измеренное последовательностью М w -А с интервалом между импульсами,равным 14 мкс).

Получено Т1, равное: в первом случае 230 мс, во втором случае 280 мс.

При этом необходимые условия запишутся так: в первом случае 2-5000 28

йеГТо ТТ Тб 80 втором слу436

28 50-UP

Как видно,во втором случае услови выполняется в 10 раз лучше. При увеТ не изменялось и равно 280 мс, в первом случае Т увеличивалось и при Ј 10000 стало также равно 280 мс.

Формула изобретения

1. Способ измерения времен Т про- ™ дольной ядерной магнитной релаксации, включающий воздействие последовательности 90 - и 180°-радиогчастотных им

5

0

5

пульсов на исследуемый объект, отличающийся тем, что, с целью повьшшния точности и упрощения измерений, на исследуемый объект воздействуют первым 90Х импульсом, после которого производят измерение амплитуды A(t) сигнала спада свободной индукции, через время С2после первого 90° импульса воздействуют вторым 90х импульсом, затем через время Ј,,-180 импульсом, после которого через время цикл повторяют до тех пор, пока измеренные амплитуды не станут равными установившейся амплитуде С и по зависимости

ln(A(t)-C) t/T, где t - номер цикла,

находят Т1 - удовлетворяющее условию, и4/Тг, где Т2 - время поперечной релаксации.

2. Способ поп.1, отличающийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых объектов, между первым 90 х и вторым 90Х импульсами на исследуемый объект воздействуют 90у импульсом с одинаковым интервалом времени первого 90Ј и до второго 40° импульса, а Т находят при условии 2 О,/Т, х V4 э-Н где Тз эфф- эффективное время релаксации, х, у - оси координат.

Изобретение относится к импульсным исследованиям ядерно-магнитного резонанса. Цель изобретения - повышение точности и упрощение измерений, а также расширение класса исследуемых объектов. На исследуемый объект воздействуют последовательностью радиочастотных импульсов, сначала первым 90 X импульсом, затем вторым 90 X импульсом через время Τ 2, затем 180 X импульсом через время Τ 1. Цикл повторяют через время Τ 1 до тех пор, пока измеренные амплитуды не перестанут зависеть от повторения циклов, после этого измеряют установившуюся амплитуду и по определенной зависимости находят время продольной релаксации. Между первым и вторым 90 X импульсами также можно воздействовать дополнительным 90 Y импульсом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

UФиг.1

SOI

Фиг.2

901