Изобретение относится к области ЯМРспектроскопии и предназначено для определения коэффициентов самодиффузии с использованием импульсного градиента магнитного поля.
Известны способы, при которых величина градиента определяется по известному коэффициенту самодиффузии 1.
Недостатком этих способов является проблема нахождения подходящего вещества в качестве эталона и трудность определения действующего значения для непрямоугольных импульсов градиента, так как аналитические выражения, из которых по известному коэффициенту самодиффузии можно определить действующее значение импульсного градиента, справедливы, в основном, только для прямоугольных импульсов градиента.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения величины импульсного градиента магнитного поля, заключающийся в том, что на образец, помещенный в магнитное поле с заданным значением постоянного во времени градиентам магнитного поля, воздействуют сначала 90°-м радиочастотным импульсом, а затем импульсным градиентом 2. Направление этого градиента противоположно постоянному градиенту. Амплитудное значение импульсного градиента определяют по изменению времени появляения градиентного эха (отклика спин-системы) при изменении длительности импульса градиента.
Однако, этот способ позволяет определять действующие значения и величины только коротких импульсов с небольшим амплитудным значением (400Гс/см) вследствие того, что градиентное эхо, по времени появления которого судят о величине и действующем значении импульсного градиента, возникает в пределах спада свободной индукции (ССИ), длительность которого составляет (10-20), Так как существующий способ основан на компенсации импульсного градиента магнитного поля постоянным градиентом (за счет их противоположной направленности), то действующее значение импульсного градиента не должно превышать некоторой величины, иначе наблюдение градиентного эха окажется невозможным. По этой причине амплитудные значения исследуемых импульсных градиентов имеют свои пределы вследствие конечной длительности импульсов градиента. Целью изобретения является увеличение верхнего предела измерения амплитудного и действующего значения импульсного градиента магнитного поля. Поставленная цель достигается тем, что на спин-систему дополнительно воздействуют 180°-м радиочастотным импульсом, загем импульсом градиента магнитного поля, фиксируют время появления сигнала спинового эха, по которому судят об искомой величине. Для определения действующего значения импульсного градиента магнитного поля дополнительный импульс градиента магнитного поля задается прямоугольной формы, а действующее значение S определяется по формуле: Sree+g A-c, где G - амплитудное значение дополнительго импульса градиента магнитного поля; б-его длительность; go- амплитуда постоянного градиента магнитного поля; Дт - смещение сигнала спинового эха по отнощению к сигналу спинового эха, возникающему в отсутствие градиентных импульсов. Для определения амплитудного значения градиента магнитного поля последовательность воздействий на спин-систему радиочастотными импульсами и импульсными градиентами магнитного поля повторяют при отличной от первоначальной длительности исследуемого импульса градиента и по изменению времени появления сигнала спинового эха определяют амплитудное значение. Кроме того, с целью упрощения способа в качестве дополнительного импульса градиента магнитного поля используют исследуемый импульс градиента, причем последовательность воздействий на спин-систему повторяется при отличной от первоначальной длительности одного из импульсов градиента магнитного поля. Таким образом, в настоящем способе компенсация исследуемого импульсного градиента производится не постоянным градиентом магнитного поля, а импульсным градиентом. следующим за 180°-м радиочастотным импульсом. Амплитудное значение этого импульсного градиента может на 2 порядка и более превыщать максимальное значение постоянного градиента (20Гс/см), а длительность его может в несколько раз превышать длительность ССИ, что обеспечивает увеличение верхнего предела измерения. На фиг. 1 приведена схема последовательности воздействий на образец при определении величины импульсного градиента магнитного поля; на фиг. 2 - схема действующего значения импульсного градиента магнитного поля. Схемы содержат постоянный градиент 1 магнитного поля; 90°-й радиочастотный импульс 2; исследуемый импульсный градиент 3; 180°-й радиочастотный импульс 4; импульсный градиент 5 той же амплитуды, что и исследуемый; сигнал 6. СПИНО5РГО эха при одинаковых длидельностях импульсов градиента идентичные импульсь градиента; сигнал 7 спинового эха для случая, когда длительность второго импульса градиента больще длительности исследуемого; сигнал 8 спинового эха в магнитном поле естественной неоднородности; спад 9 свободной индукции в том же магнитном поле; исследуемый прямоугольный импульс 10 градиента (фиг. 2); прямоугольный импульс И градиента; сигнал 12 спинового эха при одинаковых действующих значениях импульсных градиентов; сигнал 13 спинового эха для случая, когда действующее значение исследуемого импульсного градиента больше чем у прямоугольного; сигнал 14 спинового эха в магнитном поле только с естественной однородностью. Процесс определения амплитудного значения импульсного градиента заключается в следующем. Образец, представляющий спин-систему, помещают в постоянное магнитное поле с заданным значением до постоянного градиента 1, затем подают на образец 90°-й радиочастотный импульс 2, после чего воздействуют исследуемым импульсным градиентом 3, направление которого, в отличии от прототипа, может совпадать с направлением шостоянного rpajms-x.та, либо быть прОт вопатожкым. Затем на образец в мо.здент вре.меин т догаолннтЪжьлю воздейсгв-утот 180°-м радиочаст-огнмм ююпульсом 4 и импульсным градиентом 5 ндентичны.м 3. После такого воздействия наблюдают сигнал 6 спинового эха (отклика спинсистемы), который возникает в момент времени 2г, так как действующие значения импульсных градиентов 3 и 5 совпадают. Затем повторяют эту последовательность воздействия при отличной от первоначальной длительности одного из импульсов градиента, что приводит к смещению времени появления сигнала спинового эха. Так, если длительность второго импульса градиента увеличить на б, то сигнал 7 спинового эха возникает в момент времени 2t-Ат. Разница в длительностях импульсов градиента Д 5 и СДВИГ сигнала спинового эха At связаны соотношением G где G - амплитудное значение исследуемого импульсного градиента. Отсюда находят амплитудное значение импульсного градиента
0 Л 5
При определении действующего значения импульсного градиента магнитного поля используется последовательность воздействий, приведенная на фиг. 2.
Процесс определения действующего значения импульсного градиента заключается в следующем. Образец помещают в магнитное поле с заданным значением go постоянного градиента 1, затем воздействуют на образец 90°-м радиочастотным импульсом 2 и исследуемым импульсным градиентом 10 непрямоугольной формы. После этого на образец в момент времени г воздействуют 180°-м радиочастотным импульсом 4 и г1рямоугольным импульсом 11 градиента. Подбором длительности и амплитуды прямоугольного импульса градиента добиваются появления сигнала спинового эха (отклика спин-системы). Причем, при совпадении действующих значений обоих импульсных градиентов происходит их полная компенсация и сигнал 12 спинового эха возникает в момент времени 2т. В общем случае, когда имеется небольшое различие в действующих значениях импульсных градиентов, компенсация будет неполной и время возникновения эха будет отличным от 2г. В частности, если исследурмый импульсный градиент имеет большее действующее значение, по сравнению с прямоугольным, то сигнал 13 спинового эха появится в момент времени 2г +Д т . В этом случае действующее значение S непрямоугольного импульса градиента определяют по формуле
S G S.+ g Дтг,
где б, - длительность прямоугольного им пульса градиента;
G его амплитуда, которая может быть .определена одним из существую,,ших способов.
Если действующее значение исследуемого импульсного градиента окажется меньше на ту же величину действующего значения прямоугольного импульса градиента, то сигнал спинового эха появится в момент . Тогда действующее значение непрямоугольного импульса градиента определяют по формуле
e G S-geAt-.
Времена релаксации поперечной намагниченности спин-систем, которые могут быть использованы в предлагаемом способе в качестве образца, позволяют обычно устанавливать расстояние $Г (по времени) между 90°-м и 180°-м радиочастотным импульсами порядка (10-20) .. Как видно на фиг. 2, длительность прямоугольного импульса градиента может иметь величину -того же порядка. Тогда, даже при амплитудном значении его равном только 400 Гс/см
настоящий способ обеспечивает достаточно точное определение действующих значений исследуемого импульсного градиента сложной формы до величин порядка 4-S-i, что по крайней мере на один десятичный порядок превыщает значения доступные для
известного способа.
Использование предлагаемого способа позволяет определять амплитудные значения импульсных градиентов магнитного поля до величины порядка тысяч Гс/см, что значительно расщирит возможности метода ядерного магнитного резонанса применительно к изучению самодиффузии в вязких системах.
15
Формула изобретения
. Способ определения величины импульсного градиента магнитного поля, заключающийся в том, что на образец, помещенный в магнитное поле с заданным значением постоянного во времени градиентам магнитного поля, воздействуют сначала 90°-м радиочастотным импульсом, а затем импульсным градиентом, отличающийся тем, 5 что, с целью увеличения верхнего предела измерения амплитудного и действующего значений градиента, на спин-систему дополнительно воздействуют 180°-ным радиочастотным импульсом, затем импульсом градиента магнитного поля, фиксируют время появ0ления спинового эха, по которому судят о значении искомой величины.
2.Способ по п. 1, отличающийся TQM, что для определения действующего значения импульсного градиента магнитного поля доi полнительный импульс градиента магнитного поля задается прямоугольной формы, а действующее значение определяется по формуле:
S G e+goAlT где G амплитудное значение дополнитель0
нрго импульса градиента магнитного
поля;
,..5-его длительность;
,,gg- амплитуда постоянного градиента
м.агнитного поля;
j . .At: - смещение сигнала спинового эха по отношению к сигналу спинового эха, возникающему в отсутствие градиентных. импульсов.
3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения амплитудного значения градиента магнитного поля последовательность воздействий на спин-систему радиочастотными импульсами и импульсными градиентами магнитного поля повторяют при отличной от первоначальной длительности исследуемого импульса градиента и по изменению времени появления сигнала спинового эха определяют амплитудное значение. 4. Способ no ПП, 1, 3, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, в качестве дополнительного импульса градиента, магнитного поля используют исследуемый импульс градиента, причем последовательность воздействия на спин-систему повто , ряется при отличной от первоначальной длительности одного из импульсов градиента магнитного поля. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I, Pnys. Lett. 1965, 18, 256. 2. Авторское свидетельство СССР № 544901, кл. G01 N27/78, 1975 (прототип).
90
180
Т
о
90
iW
zr
Фиг. 1
11
, о|
G /
Т
о
2
Фа.. 2.
