Способ измерения времен т @ продольной ядерной магнитной релаксации

Способ измерения времен т @ продольной ядерной магнитной релаксации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 &Tgr; 2, затем 180 X импульсом через время &Tgr; 1. Цикл повторяют через время &Tgr; 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (g1) g 01 N 24/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-t

А,(<) =А,ехр(Т.) °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4425494/31-25 (22) 16.05.88 (46) 15.07.90. Бюл. Р 26 (71) Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина (72) Д.Ш.Идиятуллин, В.Д.Скирда и В.С.Смирнов (53) 539.143,43 (088.8) (56) Вашман А.А. и др ° Ядерная магнитная релаксационная спектроскопия.

M. Энергоатомиздат, 1980, с.504.

Фаррар Т., Беккер Э. Импульсная и фурье-спектроскопия, ЯМР. N. Мир, 1973, с. 164. (54) 0110С08 H3MFPEHHH 8PE 1EH T ПРОДОЛЬНОЙ ЯДЕРНОЙ МАГНИТНОЙ РЕЛАКСАЦИИ (57) Изобретение относится к импульсным исследованиям ядерно-магнитного

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 ху(А (t)), штриховая линия — сигнал ССИ, обусловленный движением намагниченности вдоль оси z(A<<(t:)); на фиг.2 — вторая последовательность

„„SU „„1578608 А 1

2 резонанса. Цель изобретения — повышение точности и упрощение измерений, а также расширение класса исследуемых объектов. На исследуемый объект воздействуют последовательностью радиочастотных импульсов, сначала первым о ь

90, импульсом, затем вторым 90„имО пульсом через время, затем 180„ импульсом через время . Цикл повторяют через время Г, 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 „ импульсами также можно воздействовать дополнительным 90> импульсом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. импульсов и повышение сигнала ССИ в результате ее действия.

Действие последовательности рассмотрим на примере отклика образца, у которого сигналы A„(e) и А „(e) описываются выражениями

A (t:) Аоехр(Т ) В начальный мои нт времени намагниченность направлена вдоль оси z. о

Первый 90 импульс устанавливает намагниченность вдоль оси у, (фиг. 1) .

Сразу после этого производится измерение амплитуды сигнала ССИ А . За

1578608 время происходит уменьшение амплитуды эа счет поперечной релаксапии и амплитуда становится равной

А, = А, ехр(- iТ)>

Второй 90 импульс устанавливает намагниченность вдоль z. После этого намагниченность в течение времени увеличивается стремясь к равновесному значению (изменение амплитуды вдоль оси z на фиг. 1 показаны штриховыми линиями). Амплитуда сигнала ССИ сразу о после 180х импульса равна

Л =A „exp(- 9 /Т „)-Л„(1-ехр(- i /Т,)),(3) т.е. амплитуда изменилась на величину 5

A„-Л = (А +A g (1-ехр (- д,/Т „) ) . (4)

Далее амплитуда увеличивается стремясь также к равновесному значению

A и к началу следующего цикла становится равной

3-- р(-,/ „)+ (1 p(- ",/,». () т. е. з а время, амплитуда изменилась на величину (Л Л ) (1 ехр(д /Т

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 в положительной оси пропорционально величине Л -А, а в отрицательной оси пропорционально величине Л +А, и различно по знакам. Поэтому в начале, когда величины Л и Л положитель1 ные, 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 измеря1f емая амплитуда A(t) перестает изменяться, Учитывая выражения (2), (3) и (5), можно показать, что амплитуда, измеренная после t циклов A(t), связана с амплитудой t+1 циклов A(t+ 1) выражением

A(t+1)=A(t) ехр(-2 3„/Т вЂ” 7 /Т ) + где В = Л (1-ехр (- д,/Т,) )

Тогда амплитуда, измеренная в любом цикле A(t), описывается выраже- 50 иием

A(t) =Аоехр(-2 i, /Т,— /Т<) t+C, (8) где. А =Л„-В/(1-ехр(-2 <,/Т.,— /Т <) );

С =В/(1-ехр(— 2 i„/Т,- С /Т ) ) .

Как видно из формупы (8), в результате действия последовательности импульсов релаксационный спад (зависимость A(t) от t) представляет собой сумму эксионенциальной функции и постоянной составляющей С. Тогда если выбрать „и 7 такими, что 2, /Т, v)

>) 7 /Т, то Т„ можно найти по наклону зайисимости

ЫСЛ() -С)=-Z Г„ /Т„. (9)

В данном решении в отличие от известного измерения проводятся не относительно Л, а относительно С, но

С всегда меньше Ло, и практически всегда выбором 0 и Г величину С

1 можно сделать близкой к нулю, что п. и одинаковой относительной погрешности в измерениях амплитуд увеличивает точность в определении Т,. 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 о х и вторым 90х импульсами на одинаковом временном интервале /2 от последних добавить 90 импульс (фиг.2). Здесь используется эффект . солид эхо для фокусировки намагниченности перед поворотом ее на ось z. Тогда условие 2, /Т, )) ЦТ можно заменить на

2i,/T „o) /Т, где Т вЂ” эффективное время релаксации. Последнее условие является и нее жестким, так как.всегда Т y r T и часто выполняется для твердых тел, в частности для полимеров.

Пробные измерения проводили на релаксометре ЯМР с резонансной частотой

Н 19,5 МГц- при 70 С.

Первый образец: дистиллированная вода. Измерения Т проводили способом, \ использующим последовательность импульсов (90„- nit-90х- 7,1-180 х С,) „, где 2 =14 мкс, i,=1000 мкс,. Получили

Т,=8,1 СФ Т при этой те ературе равна 8 с и необходимое условие вы2 1000 14 полнялось хорошо: — — — — — )7- —-8,1 ° 10ь 8 106

Второй образец, полиэтиленгликоль

\ Мур (молекулярная масса 40000, —,-=.1, 1, 1 +. фирма "FIuka-Buchs"). Измерения Т

1 проводили двумя способами, использую1578608 щими соответственно последовательности импульсов. (90„" 90„ » 180 х < ) „; (90„- С /,2-»»0 — =». /2 -90 — » — 180

Х» х

» ») пв где 81=28 мкс, <,-=5000 мкс.

При этой температуре Т =11 мс, Т з т =-150 мс (Т < 9py- эффективное время релаксации, измеренное последовательностью М, -4 с интервалом между импульсами, равным 14 мкс).

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

При этом необходимые условия запишутся так: в первом случае

2 5000 28 — — —,— -)я — — — во втором случае

230 10з 11 .10з

2 5000 28

-- — --- )N — — ——

280 . 10з 150 10з

Как видно, во втором случае условие выполняется в 10 раз лучше. При увеличении : во втором случае измеренное

Т не изменялось и равно 280 мс, s

1 первом случае Т увеличивалось и при

С = 10000 стало также равно 280 мс.

Формула изобретения

1. Способ измерения времен Т про1 дольной ядерной магнитной релаксации, включаюв»нй воздействие последовательности 90 — и 180О-радиочастотных импульсов на исследуемый объект, о т личаюцийся тем,что,с целью повьш»ения точности и упрощения измерений, на исследуемьп» объект воз5 о действуют первым 90 импульсом, после которого производят измерение амплитуды A(t) сигнала спада свободной индукции, через время », после первого о о

90 импульса воздействуют вторым 90„ импульсом, затем через время ь -180 импульсом, после которого через время

3, цикл повторяют до тех пор, пока измеренные амплитуды не станут равными установившейся амплитуде С и по зависимости

1n(A(t)-С)=-2 7„ t/Ò где t — номер цикла, находят Т, — удовлетворяющее условию, 20 2 i /Т > 7 /Т, где Т вЂ” время поперечной релаксации.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения класса исследуемых объектов, между первым 0 »»и вторым 90„ импульсами о о на исследуемый объект воздействуют о

90 у импульсом с одинаковым интервалом времени Ф /Т от первого 90 и до втоо

r рого 90 „ импульса, а Т находят при условии 2 2 /T. „>y,» /Т где

Т1 ф - эФФективное время релаксации, х, у — оси координат.

1578608

7 /2 fã!2 Рог.2

Составитель И.Старостенко

Редактор М.Недолуженко Техред M.Ходанич Корректор Т.Палий

Заказ 1912 Тираж 492 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101