开设核磁共振实验的探讨

针对目前高校理科物理专业近代物理实验中核磁共振实验开放现状的不足之处，提出了在核磁共振基本实验中增加脉冲核磁共振实验内容的设想，并在分析了该设想可行性的基础上设计了实验方案。     

优化重聚脉冲提高梯度场核磁共振信号强度

缩短射频脉冲宽度, 有助于解决脉冲电力消耗大、样品吸收率高、信噪比低等极端条件核磁共振探测的关键问题. 本文首先分析射频脉冲角度对核磁共振自旋回波信号强度的影响机理, 基于Bloch方程推导了回波信号幅度与扳转角、重聚角的关系. 在特制核磁共振分析仪上采用变脉冲角度技术, 分别在均匀磁场和梯度磁场条件下实现对扳转角和重聚角与回波信号强度关系的数值模拟和实验测量. 结果表明, 梯度场中, 扳转角为90°、重聚角为140°的射频脉冲组合获得最大首波信号强度, 比180°脉冲对应的回波幅值提高13%, 能耗降低至78%. 选用该重聚角(140°) 优化设计饱和恢复脉冲序列探测流体的纵向弛豫时间T₁特性, 准确获得 T₁分布.该结果对于低电力供应、且对信噪比有较高要求的核磁共振测量, 如随钻核磁共振测井和在线核磁共振快速检测等, 具有重要意义. 关键词： 核磁共振 信号强度 重聚脉冲角度 Bloch方程     

核磁共振弛豫时间与溶液浓度关系的实验研究

利用小型核磁共振成像仪可以测量样品弛豫时间的功能，设计方案，实验测定了硫酸铜水溶液中氢原子核的核磁共振弛豫时间T1、T2随硫酸铜浓度的变化关系，得到T1与T2随溶质浓度的增大而减小的实验结果．在误差允许的范围内，验证了T1与溶液浓度成反比的规律，并进行了分析和理论解释．     

纵向弛豫对核磁共振线型的影响

根据经典 Bloch方程的解析解以及考虑辐射阻尼效应的Bloch方程的数值解,通过解析分析和数值模拟,从理论上研究了在射频场扰动下以及在辐射阻尼效应的作用下纵向弛豫对核磁共振线型的影响.结果表明:①射频场的扰动和辐射阻尼效应将导致纵向磁化与横向磁化的耦合,从而使纵向弛豫对线型产生了一定的影响.②在射频场的扰动下,峰强和线宽分别为2M0sin(θ)T1T2/(T1+T2)和(T1+T2)/(2πT1T2),即纵向弛豫将使谱线的峰强增大、线宽变窄,且影响程度随着比值T2/T1的减小而增大,峰强最大可增加1倍而线宽最多可减小1/2.③在强辐射阻尼效应的作用下,纵向弛豫会使谱线的峰强降低,降低的幅度与扳转角θ以及比值T2/T1密切相关.当θ从0到3π/4时,降低的幅度均较小,只有当θ＞3π/4时,降低的幅度才开始逐渐变大,且当 θ接近π时,降低的幅度急剧增大.谱线峰强降低的幅度与T2/T1呈较严格的正比关系,即T1越接近T2,峰强下降得越显著.     

计算机辅助受迫振动实验

在Matlab平台下编写了图形用户界面程序，该程序利用计算机的声卡采集音叉上的压电换能器信号，精确地计算出频率值和平均振幅，通过多组数据采集及插值计算，可自动绘制出不同阻尼下的共振曲线．     

求解Bloch方程的注释

Bloch方程是经典力学描述核磁共振现象最为重要的理论基础之一,是理解和做好核磁共振实验的必备知识.考虑到目前实验教学中对这部分内容的介绍有所欠缺,故对Bloch方程的形式和分阶段求解进行了详细地解释说明,以供大学生在核磁共振实验前补充学习.     

固体核磁共振中旋转回波激发的研究

本文提出的旋转回波脉冲序列具有激发带宽适中,实验参数调整简单的特点,可广泛应用于固体样品的核磁共振谱测量中.理论计算和实验结果表明它比传统的双90°回波序列的激发效果好. 关键词：     

油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算与计算机模拟

根据Brownstein-Tarr理论，采用特征函数展开法，通过求解基于扩散效应的Bloch控制方程，给出了油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算公式.理论计算结果表明，在水润湿条件下，油的弛豫过程只与含油饱和度有关，而与岩石的孔隙结构无关.根据理论计算结果对球管模型中水的弛豫进行了数值模拟，模拟结果显示，球和管的主弛豫过程是一个单指数函数，其余部分与之相比可以忽略，即球管模型中水的弛豫可近似为一个双指数衰减过程.     

油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算与计算机模拟

根据Brownstein-Tarr理论,采用特征函数展开法,通过求解基于扩散效应的Bloch控制方程,给出了油水饱和球管孔隙模型弛豫的理论计算公式.理论计算结果表明,在水润湿条件下,油的弛豫过程只与含油饱和度有关,而与岩石的孔隙结构无关.根据理论计算结果对球管模型中水的弛豫进行了数值模拟,模拟结果显示,球和管的主弛豫过程是一个单指数函数,其余部分与之相比可以忽略,即球管模型中水的弛豫可近似为一个双指数衰减过程. 关键词： 核磁共振 弛豫 球管孔隙模型 Bloch控制方程     

基于GUI的空间滤波实验的计算机模拟

分析了空间滤波实验的原理,利用Matlab软件编写了带有图形用户界面(GUI)的计算机模拟程序.该程序能够准确模拟实际实验过程,在功能上还对其进行了扩充,对于提高空间滤波实验的教学效果起到很好作用.     

自旋回波的简易观测方法及共振弛豫分析

在脉冲核磁共振实验中,通常采用自旋回波法测量共振弛豫时间,但模拟示波器观测难以获得准确的实验数据.通过对计算机标准配置资源声卡的性能检测及标定,使其达到物理实验测量数据定量分析的教学要求,同时利用免费的简易程序实现多通道数字信号采集功能并用于观测记录脉冲核磁共振信号.配合实验操作技术改进,既准确地测量了横向弛豫时间,又展现了符合物理实验教学的计算机应用方法.     

Homonuclear vanadium-51 dipolar couplings in inorganic solids obtained via hahn spin echo decay NMR spectroscopy

Dipolar dephasing of the magnetization following a Hahn spin echo pulse sequence potentially provides a quantitative means for determining the dipolar second moment in solids. In this work, the possibility of employing Hahn spin echo decay spectroscopy to obtain quantitative ⁵¹V–⁵¹V dipolar second moments is explored. Theoretical spin echo response curves are compared to experimental ones for a collection of crystalline vanadium-containing compounds. This work suggests that ⁵¹V dipolar second moments can be obtained by selectively exciting the central m = 1/2 → −1/2 by a Hahn echo sequence for vanadate compounds with line broadening no greater than approximately 220 ppm. For vanadates with greater broadening of the central transition due to chemical shift, second-order quadrupolar, and dipolar interactions, off-resonance effects lead to an oscillatory time dependence of the spin echo. Experimentally determined second moments of the normalized echo decay intensities lie within 10–33% of the calculated values if the second moments are extrapolated to zero evolution time due to the time scale dependence of spin exchange among neighboring vanadium nuclei. Alternatively, the second moments can be obtained to within 10–25% of the calculated values if the broadening of the central transition due to chemical shift and second-order quadrupolar effects can be estimated.     

Mathematical model of the Bloch NMR flow equations for the analysis of fluid flow in restricted geometries using the Boubaker polynomials expansion scheme

In this study, the Bloch NMR flow equations are modelled into diffusion equation with constant transport coefficient in terms of the NMR transverse magnetization. Mathematical conditions are established for the diffusion coefficients to be constant or spatially varied with direction. When these conditions are met, the diffusion coefficients can then be easily evaluated in terms of Boubaker polynomials for the study of flow in restricted geometries.     

Spin-locking in one pulse NMR experiment

The response of a spin system to a long (in comparison to spin–spin relaxation time T₂) radiofrequency pulse has been studied. We observed that the magnetization after the long pulse does not fall to zero at time tT₂ for both on-resonance and off-resonance conditions. The dependencies of the magnetization on frequency offset, linewidth and radiofrequency power are investigated, both theoretically and experimentally. The question of the effective field direction is also discussed.     

Efficient refocusing of one-spin and two-spin interactions for NMR quantum computation

The use of spin echoes to refocus one-spin interactions (chemical shifts) and two-spin interactions (spin-spin couplings) plays a central role in both conventional NMR experiments and NMR quantum computation. Here we describe schemes for efficient refocusing of such interactions in both fully and partially coupled spin systems.     

频率受随机电报过程调制的系统的相干瞬态过程

由随机电报过程的性质出发,给出了频率受一个随机电报过程调制系统的Bloch方程,得到了这种系统中的自由感应衰减和光子回波衰减.     

基于NMR自旋弛豫技术的蛋白质动力学研究

蛋白质的三维结构在很多情况下不能很好地解释其在生理过程中的作用机制. 动力学研究能够获悉蛋白质在不同时间尺度下的内运动信息,建立起动态结构和生物功能的联系. 该文综述了通过NMR自旋弛豫技术研究蛋白质动力学的原理和方法：ps~ns的快运动分析主要采用约化谱密度函数映射和Modelfree方法;μs~ms的慢运动涉及化学/构象交换过程,常借助CPMG和R_1ρ弛豫色散手段. 基于NMR的蛋白质动力学研究,将蛋白质科学从三维空间结构推进到四维时空结构的新层面.