中国科学技术大学：《核磁共振原理及其在生物学中的应用》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四章 弛豫

核磁共振原理及其在 生物学中的应用 第四章弛豫 §4.1—§4.5

核磁共振原理及其在 生物学中的应用 第四章 弛豫 § 4.1 — § 4.5

弛豫 弛豫与分子运动 弛豫机制 solomon方程 弛豫时间的测量 NOE

弛豫 •弛豫与分子运动 •弛豫机制 •Solomon 方程 •弛豫时间的测量 •NOE

弛豫指的是核自旋系统在偏离平衡 后回到热平衡状态的过程。 FID:横向的衰减和纵向的恢复 弛豫对核磁共振实验的影响: 重复实验可以进行得多快,免于饱和 线型 灵敏度

• 弛豫指的是核自旋系统在偏离平衡 后回到热平衡状态的过程。 • 弛豫对核磁共振实验的影响： FID：横向的衰减和纵向的恢复 重复实验可以进行得多快,免于饱和 线型 灵敏度

核磁共振基本原理2讲 吴季辉 纵向弛豫和横向弛豫 dM dt 2 dt dM (M,-MO) 其中T被称为纵向弛豫时间,T2被称为横向弛豫时间

纵向弛豫和横向弛豫 dM dt T M dM dt T M dM dt T M M x x y y z z = − = − = − −          1 1 1 2 2 1 0 ( ) 其中T1被称为纵向弛豫时间, T2被称为横向弛豫时间 核磁共振基本原理 2讲 吴季辉

纵向弛豫 MM,(0=M()e Z Z Z Z …:y∷ FIGURE 2. Return of the z-component of magnetization to the equilibrium value. The initial state may have been created through population inversion arising from an 180 pulse

纵向弛豫

横向弛豫 M1()=Mx,(t0)e t/T2 ((米 tt 2 FIGURE 3. Top: Dephasing of transverse coherence leading to T2 relaxation. Lower: Influence of T2

横向弛豫

核磁共振基本原理5讲 吴季辉 弛豫的物理本质 所有弛豫作用都涉及核自旋和周围环境的相 互作用,包括核自旋和局部的磁场或电场的 相互作用 对于逆磁性分子,核磁矩是局部磁场的主要 来源 ·在液体中分子运动是一种布朗运动,因此产 生的局部磁场具有随机涨落的性质 弛豫作用与分子运动有关

弛豫的物理本质 •所有弛豫作用都涉及核自旋和周围环境的相 互作用，包括核自旋和局部的磁场或电场的 相互作用 •对于逆磁性分子，核磁矩是局部磁场的主要 来源 •在液体中分子运动是一种布朗运动，因此产 生的局部磁场具有随机涨落的性质 •弛豫作用与分子运动有关 核磁共振基本原理 5讲 吴季辉

核自旋弛豫是由自旋系统与周围环 境(晶格)的相互作用引起的。 晶格包括了核自旋所在分子的其它 自由度(如旋转)以及系统中的其 它分子。 晶格的能级被假设为是准连续的, 布居数满足 Boltzmann分布;晶格被 认为在任何时刻都处于热力学平衡 状态

• 核自旋弛豫是由自旋系统与周围环 境（晶格）的相互作用引起的。 • 晶格包括了核自旋所在分子的其它 自由度（如旋转）以及系统中的其 它分子。 • 晶格的能级被假设为是准连续的， 布居数满足Boltzmann分布；晶格被 认为在任何时刻都处于热力学平衡 状态

晶格通过改变核自旋所在位置的局部磁 场与核自旋系统耦合。分子的运动使局 部磁场随时间而无规涨落 通过 Fourier分析,可以将时间依赖的局 部磁场分解为具有不同频率的分量 局部磁场也可以分解为与静磁场垂直的 和平行的分量: 垂直分量:引起能级跃迁 缩短能级的寿命 平行分量:引起散相

• 晶格通过改变核自旋所在位置的局部磁 场与核自旋系统耦合。分子的运动使局 部磁场随时间而无规涨落。 • 通过Fourier分析，可以将时间依赖的局 部磁场分解为具有不同频率的分量。 • 局部磁场也可以分解为与静磁场垂直的 和平行的分量： 垂直分量：引起能级跃迁 缩短能级的寿命 平行分量：引起散相

核磁共振基本原理5讲 吴季辉 局部磁场的统计平均性质 t+7 振幅对时间的平均值等于零 振幅的平方的平均值不为零 后一时刻的磁场与前一时刻的磁场有关,即磁场 在时间上有相关性

局部磁场的统计平均性质 振幅对时间的平均值等于零 振幅的平方的平均值不为零 后一时刻的磁场与前一时刻的磁场有关，即磁场 在时间上有相关性 核磁共振基本原理 5讲 吴季辉