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Nuclear Magnetic Resonance

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标签: NMR

NMR

核磁共振

核磁共振

成像

成像

What  we  call  “nuclear  magnetic  resonance”  (NMR)  was  developed  simultaneously  but  independently  by  Edward  Purcell  and  Felix  Bloch  in  1946.  The  experimental  method  and  theoretical  interpretation  they  developed  is  now  called  “continuous-wave  NMR”  (CWNMR).  A  different  experimental  technique,  called  “pulsed  NMR”  (PNMR),  was  introduced  in  1950  by  Erwin  Hahn.  Pulsed  NMR  is  used  in  magnetic  resonance  imaging  (MRI).  Purcell  and  Bloch  won  the  Nobel  Prize  in  Physics  in  1952  for  NMR;  more  recently  NMR  was  the  subject  of  Nobel  Prizes  in  Chemistry  in  1991  and  2002.  We  have  both  NMR  setups  in  the  advanced  labs:  one  is  a  variation  of  the  CWNMR  method,  and  the  other  is  a  pulsed  NMR  system.  The  physics  underlying  NMR  is  the  same  for  both  the  continuous  and  pulsed  methods,  but  the  information  obtained  may  be  different.  Certainly,  the  words  used  to  describe  what  is  being  done  in  the  experiments  are  different.  In  continuous-wave  NMR  one  tunes  a  weak  radio-frequency  oscillator  to  match  the  natural  frequency  of  nuclear  magnetic  moments  precessing  in  a  static  magnetic  field.  When  the  frequencies  match,  the  moments  “resonate”  and  energy  transfer  between  the  RF  field  and  the  sample  is  optimized;  this  resonance  creates  an  electrical  signal  in  a  pickup  coil.  By  sweeping  the  magnetic  field,  one  can  leave  the  RF  frequency  fixed  but  tune  the  resonance  itself  to  excite  the  sample  and  then  see  how  quickly  the  the  magnetization  dies  away  by  watching  a  “beat  pattern.”  In  pulsed  NMR,  one  applies  a  sequence  of  strong  RF  bursts  or  “pulses”  to  the  sample  that  are  very  short  in  duration.  The  resulting  signal,  called  the  “free  induction”  is  then  optimized  to  tune  the  RF  oscillator.  The  pulses  are  strong  enough  and  short  enough  to  reorient  all  of  the  spins  in  a  coherent  way.  One  can  flip  the  magnetization  upside  down  with  a  “π-pulse”  (180  degrees)  or  sideways  with  a  “π/2-pulse”  (90  degrees).  With  the  a  sequence  of  pi-pulses,  one  can  create  the  fascinating  phenomenon  of  “spin  echoes.”  More  on  the  two  methods  is  given  later  in  this  introduction.

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