下载后可任意编辑核磁共振弛豫时间与溶液浓度关系的实验讨论臧充之, 张洁天, 彭培芝北京大学 物理学院, 北京 100871 摘 要: 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CuSO4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． 关键词: 核磁共振, 自旋-晶格弛豫, 自旋-自旋弛豫, 弛豫时间, 硫酸铜 中图分类号: O482.531．引 言 核磁共振弛豫时间 T1、 T2是核磁共振中描述原子核与物质性质的重要参数, 在核磁共振波谱学与核磁共振成像学中具有重要的理论意义与实际意义．在氢原子核磁共振成像的实验中, 样品的弛豫时间对成像的明暗对比和清楚度有较大影响[1], 选择弛豫时间合适的液体作为固体样品成像的本底对成像效果非常重要．在成像实验中用不同浓度的硫酸铜( CuSO4) 稀溶液代替纯净水能够调节氢核弛豫时间的大小．为此, 我们实验测定了不同浓度的 CuSO4溶液的弛豫时间 T1、 T2的数值, 以了解液体样品弛豫时间 T1、 T2的关系以及 CuSO4作为杂质对水分子中氢核弛豫时间的影响规律．2．实验原理与方法 核磁共振( NMR) 是自旋不为零的原子核的核磁矩在静磁场中被磁化后与特定频率的射频场产生共振吸收的现象．吸收射频脉冲能量后的自旋核与周围物质相互作用并以相同频率的射频辐射形式退激发的过程, 按机理分为”自旋-晶格弛豫”( spin-lattice relaxation, 也 称 为 纵 向 弛 豫 ) 和 ” 自 旋 - 自 旋 弛 豫 ” ( spin-spin relaxation, 也称为横向弛豫) 两类, 相应的弛豫时间分别用 T1和 T2表示．在经典理论中, 对于水中的氢核等自旋为 1/2 的非相互作用全同自旋核, 核磁共振能够用核磁下载后可任意编辑化强度矢量的 Larmor 进动描述．稳态的磁化强度矢量为 M0, 定义其方向为 z 方向．施加射频脉冲后, 磁化强度矢量在弛豫过程中按单指数形式衰减, 满足 (1) (2)其中 Mx,y、 Mz分别为 xy 平面和 z 方向的磁化强度矢量, T1、 T2为弛豫时间．(1)(2)两式有时被称为弛豫定律[2]． 实验中采纳反转恢复法测定 T1．对样品施加( π – τ –) 脉冲序列, 则 π脉冲作用后 z 方向磁化强度矢量随时间 t 的演化满足 (3)改变等待时间 τ, 测量一系列自由感应衰减( FID) 信号 S(τ)的数据, 根据以下式(4)拟合得到 T1的...
