固體核磁共振-基礎(chǔ)原理(已改無(wú)錯(cuò)字)
2022-09-02 04:24:05 本頁(yè)面
【正文】 t是時(shí)間。 在許多NMR實(shí)驗(yàn)中射頻脈沖的相位可以快速變換，而這種變換是通過(guò)脈沖程序單元控制的。脈沖門能夠截取所產(chǎn)生的連續(xù)波脈沖使之變?yōu)椴窟B續(xù)狀態(tài)，但脈沖門打開(kāi)時(shí)，由射頻合成器產(chǎn)生的脈沖得以進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)，但當(dāng)脈沖門關(guān)閉時(shí)，射頻合成器產(chǎn)生的連續(xù)波將無(wú)法進(jìn)入后續(xù)系統(tǒng)。脈沖門打開(kāi)的時(shí)間稱為脈寬。脈沖門的開(kāi)放與否及相關(guān)時(shí)間亦由脈沖程序單元控制。射頻放大器是將所產(chǎn)生的門控調(diào)制的信號(hào)放大到一定程度進(jìn)而輸入到探頭。通常情況下，放大器信號(hào)的輸出功率在幾瓦到一千瓦范圍。放大的射頻信號(hào)通過(guò)雙軸導(dǎo)線傳入到接收器/發(fā)射器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。（3）在接受器/發(fā)射器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)該部件存在合并的兩組導(dǎo)線：一組通向固定與靜磁場(chǎng)中的探頭，另一組通向可檢測(cè)由核自旋產(chǎn)生的微弱的射頻信號(hào)的接受器單元。因此此部分的功能就是當(dāng)正向的由放大器發(fā)出的強(qiáng)射頻信號(hào)傳入接受器/發(fā)射器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)時(shí)，它會(huì)將此信號(hào)輸入探頭而不是檢測(cè)器，反之，當(dāng)反向的有關(guān)核磁共振響應(yīng)的弱信號(hào)進(jìn)來(lái)時(shí)，它會(huì)導(dǎo)向檢測(cè)器而非放大器。（4）探頭探頭是核磁共振儀中最復(fù)雜的部分， 它具有以下方面的功能：1)由于它的存在，才能使樣品進(jìn)入均勻的靜磁場(chǎng)中；2）在探頭中存在產(chǎn)生射頻波以照射樣品以及檢測(cè)相應(yīng)從樣品中產(chǎn)生的射頻輻射的射頻電子線路；3）為保證固體核磁圖譜能得到更精細(xì)的結(jié)構(gòu)信息，就必須將樣品在魔角方向進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，因此在固體核磁中探頭中存在將樣品管傾斜至魔角方向并使其沿此方向進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)的裝置；4）探頭中存在使樣品溫度恒定的裝置；5）在特定的場(chǎng)合，探頭中還存在一些特殊線圈（梯度場(chǎng)線圈）能產(chǎn)生空間上分布不均勻的磁場(chǎng)，這些線圈的存在對(duì)減短樣品的檢測(cè)時(shí)間，選擇性收集所需要的磁化矢量，抑制不需要的磁化矢量等方面具有極其重要的作用。另外探頭中尚存在一對(duì)容抗電路，通過(guò)這對(duì)容抗電路可調(diào)諧探頭的感應(yīng)頻率與外來(lái)的射頻發(fā)生器完全匹配，有利于產(chǎn)生共振，從而使之能夠完全吸收來(lái)自前者的能量，同時(shí)經(jīng)過(guò)調(diào)諧后探頭所接受的NMR信號(hào)會(huì)員強(qiáng)于未經(jīng)調(diào)諧的探頭，有利于提高NMR實(shí)驗(yàn)的靈敏度。（5）接收器儀器的接受器單元的電子線路與設(shè)計(jì)往往都比較復(fù)雜，其基本組成主要有以下幾部分：信號(hào)預(yù)放大器、四相位接受器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、信號(hào)相移單元（Signal Phase shifting）。NMR信號(hào)經(jīng)過(guò)接受器/射頻發(fā)生器轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)后進(jìn)入信號(hào)預(yù)放大器，信號(hào)預(yù)放大器是一種低噪音射頻放大器，通過(guò)它能夠?qū)⑽⑷醯腘MR信號(hào)放大到伏特級(jí)。因此為了使微弱的NMR信號(hào)得以及時(shí)放大，信號(hào)預(yù)放大器往往被置于最靠近磁場(chǎng)的部位，從而使信號(hào)在傳遞過(guò)程中的損失達(dá)到最小。信號(hào)必須傳入計(jì)算機(jī)才能進(jìn)行分析，因此就必須將振蕩變化的NMR電流信號(hào)數(shù)字化。將連續(xù)電流或電壓變?yōu)閿?shù)字化形式的器件就是數(shù)模轉(zhuǎn)換器（Analoguetodigital converters ADCs）。在核磁共振實(shí)驗(yàn)中所測(cè)定的頻率位于MHz范圍，對(duì)于如此快的頻率變化數(shù)模轉(zhuǎn)換器是很難將其數(shù)字化的。但是對(duì)于我們關(guān)心的核磁共振信號(hào)而言，其真正的變化區(qū)間是在kHz 范圍內(nèi)，為此我們采用四相位接受器的方法將所觀察到的初始NMR信號(hào)與射頻發(fā)生器的參考信號(hào)加以比對(duì)，減去參考信號(hào)從而產(chǎn)生一相對(duì)的拉莫爾頻率（Ω0=ω0ωref, 其中ω0 是初始NMR信號(hào)的頻率， 其范圍落在MHz 范圍內(nèi)；ωref 是射頻發(fā)生器產(chǎn)生的參考射頻脈沖，其范圍也落在MHz范圍內(nèi)；Ω0 是經(jīng)過(guò)四相位接受器處理后的得到的相對(duì)拉莫爾頻率，其范圍往往小于1 MHz）。經(jīng)過(guò)這種處理后，后續(xù)的數(shù)模轉(zhuǎn)活就可以精確進(jìn)行。另外在核磁共振實(shí)驗(yàn)中所產(chǎn)生的頻率會(huì)大于（例如： MHz）或小于參考頻率(例如： MHz)，但是經(jīng)過(guò)上述轉(zhuǎn)變過(guò)程后分別變?yōu)? kHz。如果單純只依靠頻率的變化是無(wú)法區(qū)分出這兩種情況的，為此接受器提供兩個(gè)輸出信號(hào)：SA(t)～cos(Ω0t)exp(λt)SB(t)～sin(Ω0t)exp(λt)這兩個(gè)信號(hào)可分別視為單一復(fù)數(shù)信號(hào)的實(shí)部與虛部。由于復(fù)數(shù)信號(hào)的采用就可以從相位角度輕松地區(qū)分出共振信號(hào)的頻率是較參比信號(hào)快還是慢。 由于四相位接受器的采用所以產(chǎn)生兩個(gè)輸出信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)輸出單元分別接于各自的數(shù)模轉(zhuǎn)換器上。數(shù)模轉(zhuǎn)換器是一套每隔特定的時(shí)間快速測(cè)量輸入信號(hào)電壓大小的電子線路，并且將所測(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一串“1”與“0”的表示的信息。核磁共振的信號(hào)是通過(guò)在一整套不同的時(shí)間點(diǎn)連續(xù)測(cè)定并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字化信息而實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字化信息就可存入計(jì)算機(jī)加以處理。在數(shù)字化過(guò)程中所取點(diǎn)的間隔時(shí)間稱為取樣間隔(sampling interval),取樣間隔的倒數(shù)就是取樣帶寬（sampling
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