Z8 - Impulsowy spektrometr MRJ. Spektroskopia fourierowska i

Z8 - Impulsowy spektrometr MRJ. Spektroskopia
fourierowska i relaksometria
II Pracownia Fizyczna rok akademicki 2016/17
Wydziaª Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej, Uniwersytet Jagiello«ski
Celem ¢wiczenia Z8 jest zapoznanie si¦ z impulsowymi metodami magnetycznego rezonansu j¡drowego
(MRJ), a mianowicie:
• z impulsow¡ technik¡ detekcji sygnaªów MRJ w domenie czasu
• z technik¡ pomiarów czasów relaksacji
• z analiz¡ fourierowsk¡ zarejestrowanych sygnaªów MRJ (opcjonalnie).
Zagadnienia do przestudiowania
Aparatura i materiaªy
1. Podstawy zjawiska MRJ w opisie klasycznym i
kwantowym [1, 3, 5, 6, 7].
2. Metoda impulsowa MRJ, dziaªanie impulsów pola
zmiennego [1, 3, 5, 6, 7].
3. Relaksacja namagnesowania j¡drowego, sygnaª
swobodnej precesji i echo spinowe [1, 3, 5, 6, 7].
4. Sposoby pomiaru czasów relaksacji spin-spin i
spin-sie¢ [1, 3, 5, 6, 7].
5. Sposoby obróbki widma z wykorzystaniem analizy
fourierowskiej[6].
Jako niezb¦dne minimum nale»y umie¢:
• omówi¢ ruch pojedynczego spinu j¡drowego w staªym polu magnetycznym (zrobi¢ rysunek), przej±¢
do zbioru wielu spinów (poj¦cie magnetyzacji),
opisa¢ ruch magnetyzacji w staªym polu, doªo»y¢
sªabe pole zmienne, opisa¢ ruch magnetyzacji w
staªym i sªabym zmiennym polu, umie¢ przej±¢
do ukªadu wiruj¡cego (wyprowadzi¢ odpowiednie
wzory opisuj¡ce ruch wektora magnetyzacji, zdeniowa¢ precesj¦ Larmora, warunek rezonansu),
Zestaw aparaturowy (Rys.1) zawiera:
• Impulsowy spektrometr magnetycznego rezonansu
j¡drowego PS15.
• Mikrokomputer z oprogramowaniem spektrometru.
Program ¢wiczenia
1. Zapoznanie si¦ z zasad¡ dziaªania i obsªug¡ spektrometru PS15.
2. Dobór wªa±ciwych parametrów pomiarowych.
3. Rejestracja sygnaªów swobodnej precesji dla danych próbek (woda, roztwory jonów paramagnetycznych i gliceryny) w warunkach rezonansu i
poza rezonansem.
4. Wykonanie analizy fourierowskiej otrzymanych sygnaªów MRJ (opcjonalnie).
5. Pomiary czasów relaksacji spin-spin i spin-sie¢
wybranych próbek przy u»yciu ró»nych sekwencji
impulsów*.
• omówi¢ zjawisko relaksacji dla obu skªadowych
magnetyzacji (równania Blocha),
∗Wybór próbki sekwencji pomiarowych
konsultacji z prowadz¡cym ¢wiczenie.
• przedstawi¢ na czym polega metoda impulsowa
MRJ, jakie jest dziaªanie impulsów Π/2 i Π/2 pola
zmiennego, co to jest sygnaª swobodnej precesji i
echo spinowe,
Opracowanie wyników
• porówna¢ rz¦dy wielko±ci pola magnetycznego staªego i zmiennego oraz pola ziemskiego.
po
1. Zaª¡czy¢ obrazy zarejestrowanych sygnaªów swobodnej precesji w rezonansie i poza rezonansem
oraz ich transformaty Fouriera. Porówna¢ zawart¡
w nich informacj¦
2. Wyznaczy¢ czasy relaksacji z zarejestrowanych w
tym celu widm.
Zadania obliczeniowe
Ile wynosi cz¦stotliwo±¢ rezonansu magnetycznego
j¡der wodru, deuteru i helu w polu o indukcji 2T?
1z2
3. Porówna¢ czasy relaksacji wyznaczone ró»nymi
metodami impulsowymi (z analizy widm oraz sekwencji kilku impulsowych).
Z8, Leszek Józefowski
Rysunek 1: Stanowisko pomiarowe
Literatura
[1] J. Stankowski, W. Hilczer, Pierwszy krok ku radiospektroskopii rezonansów magnetycznych , OWN,
Pozna« 1994. Skrypt w formacie PDF znajduje si¦
na stronie internetowej Pracowni i jest dostepny po
zalogowaniu.
[2] Instrukcje obsªugi poszczególnych bloków aparatury i inne materiaªy do wykorzystania na miejscu.
[3] J. W. Hennel, J. Klinowski, Podstawy magnetycznego rezonansu j¡drowego , Wydawnictwo Naukowe
UAM, Pozna« 2000; Paragrafy: 11, 14 18, 19
(tylko strony 86-87), 20-22, 25, 28, 29, 31.
[4] Studentom bardziej zainteresowanym polecana jest
ksi¡»ka: K. H. Hausser, H. R. Kalbitzer, NMR w
biologii i medycynie, Wydawnictwo Naukowe UAM,
Pozna« 1993. W przyst¦pny sposób (i w miar¦ wyczerpuj¡co) s¡ tam opisane ró»ne techniki MRJ i
wa»ne zastosowania, takie jak badanie biaªek, tomograa
[5] Praca zbiorowa pod red. A.Z.Hrynkiewicza i E. Rokity, Fizyczne metody bada« w biologii, medycynie
i ochronie ±rodowiska, PWN SA, rozdziaª 4.6 (dotyczy badania biaªek - 29, 207, 1958.
[6] J.P.Hornak, The Basics of NMR http://http://www.cis.rit.edu/htbooks/nmr/
[7] Peter Atkins, Chemia zyczna, rozdz. 18
2z2
Z8, Leszek Józefowski