4 (1051)

polega na absorpcji przez jądra atomowe fotonów fali elektromagnetycznej, co powoduje ich przejście z poziomu o energii E₊ na poziom o enrgii E-. Z wzoru [10] wynika, że rezonans magnetyczny można osiągnąć dwoma sposobami: przez zmianę częstotliwości fali elektromagnetycznej przy stałej indukcji magnetycznej B lub przez zmianę indukcji magnetycznej przy ustalonej częstotliwości v.

10.4. OTRZYMYWANIE I REJESTRACJA SYGNAŁU MAGNETYCZNEGO REZONANSU JĄDROWEGO

Pole elektromagnetyczne o częstotliwości rezonansowej wyjy/arzane jest przez cewkę, w której płynie prąd zmienny. Oś cewki skierowana jest prostopadle do kierunku stałego pola magnetycznego. Badaną substancję umieszcza się wewnątrz cewki. Przy częstotliwości prądu zasilającego cewkę równej częstotliwości Larmora następuje rezonansowe pochłanianie energii przez jądra próbki. Makroskopowym skutkiem tego procesu'.jest zmiana namagnesowania próbki. Natychmiast po wyłączeniu prądu w cewce, wszystkie jądra precesują z tą samą częstotliwością i zgodnie w fazie. Precesujące wewnątrz cewki jądra (momenty magnetyczne) indukują w niej (zgodnie z prawem indukcji Faradaya) siłę elektromotoryczną. Wyindukowa-na siła elektromotoryczna jest odbieranym syganałem magnetycznego rezonansu jądrowego, zanikającym wykładniczo.

10.5. RELAKSACJE JĄDROWE

Zanikanie odbieranego sygnału spowodowane jest oddawaniem pochłoniętej energii otoczeniu (relaksacja układu), a rezultatem jest powrót wypadkowego namagnesowania do stanu równowagi. W procesie dochodzenia układu do stanu wyjściowego można wyróżnić dwa typy relaksacji:

1. Relaksację podłużną — związaną z dochodzeniem układu do stanu równowagi termodynamicznej ze względu na obsadzenia poziomów energetycznych przez jądra atomowe. Czas charakterystyczny dla tego procesu oznacza się symbolem Ti- i nazywa czasem relaksacji spin-siatka.

2. Relaksację poprzeczną — związaną z oddziaływaniem sąsiednich jąder. Z upływem czasu niektóre jądra zaczynają precesować szybciej, inne wolniej i ich zgodność precesji w fazie zaczyna zanikać. Czas ograniczający spójność faz precesji oznaczany jest symbolem T2 i nazywany czasem relaksacji, spin-spin, ponieważ na spójność faz precesji główny wpływ mają ^zderzenia spin-spin, polegające na wymianie spinów przez dwa sąsiednie Yjądra.

Zarówno Ti, jak i T2 mają zasadniczy wpływ na kształt sygnału rezonansu jądrowego i dostarczają bardzo wielu informacji o badanym obiekcie.

10.5.1. Detekcja czasów relaksacji

Rozpatrzmy dla przykładu układ jąder o spinie 1/2, znajdujący się w stałym polu magnetycznym o indukcji B. Po napromieniowaniu uk'?adu impulsem n/2 (przez impuls nl2 rozumie się impuls fali elektromagnetycznej, który powoduje obrót wypadkowego wektora namagnesowania o kąt 90°) namagnesowanie układu wzdłuż B wynosi zero. Stan ten jest identyczny z równym obsadzeniem obydwu poziomów energetycznych w opisie kwantowym. Procesy relaksacji powodują, że układ wraca do stanu równowagi termodynamicznej z siatką, zmieniając w czasie różnicę obsadzeń obu poziomów. Proces taki będzie trwać tak długo, dopóki oba poziomy nie będą obsadzone równowagowo. Makroskopowo, zmianie różnicy obsadzeń poziomów energetycznych odpowiada zmiana namagnesowania próbki, którą opisuje równanie wykładnicze:

M(t) = Mo[1-exp(-t/Ti)]    [11]

gdzie: Mo — namagnesowanie w warunkach równowagi termodynamicznej,

M(t) — namagnesowanie w chwili t od momentu wyłączenia po la zmiennego.

Występująca w równaniu stała Ti jest czasem relaksacji podłużnej. We wzorze [11] znajduje się również przepis na sposób pomiaru Tu Należy po przyłożeniu pierwszego impulsu n/2 odczekać pewien czas t_r i przyłożyć drugi impuls n/2. Sygnał NMR zarejestrowany po tym impulsie będzie miał amplitudę zależną tylko od Tu Czas relaksacji T2 uzyskuje się licząc transformację Fouriera sygnału NMR, którą otrzymuje się poprzez przekształcenie sygnału NMR na widmo częstotliwościowe; jej szerokość połówkowa (Av) jest odwrotnie proporcjonalna do T2 [rys. 10.5):