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低場核磁共振儀（Low Field Nuclear Magnetic Resonance，LF-NMR）是一種利用核磁共振現(xiàn)象來分析物質(zhì)特性的技術(shù)。其原理及工作步驟如下： 一、核磁共振的基本原理 核磁共振現(xiàn)象是基于原子核的自旋特性。當(dāng)一個(gè)原子核處于磁場中時(shí)，它會(huì)受到兩種力的作用：一是來自外加磁場的力，二是自旋產(chǎn)生的力。這種自旋力使得原子核圍繞磁場的方向旋轉(zhuǎn)，就像一個(gè)小磁針在磁場中旋轉(zhuǎn)一樣。當(dāng)施加一個(gè)與磁場方向垂直的射頻（RF）脈沖時(shí)，原子核會(huì)吸收一定的能量，從而改變其旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，這種狀態(tài)的改變被稱為核磁共振。 二、低場核磁共振儀的工作原理 低場核磁共振儀在較低的主磁場強(qiáng)度下工作，通常在0.1至1特斯拉之間，也有說法認(rèn)為是在幾千到幾十萬高斯的磁場強(qiáng)度下工作。其工作原理主要包括以下幾個(gè)步驟： 磁化：樣品中的原子核在外磁場的作用下獲得磁矩，并沿著磁場方向排列。這些原子核，特別是氫原子核（質(zhì)子），在磁場中會(huì)排列成一條條的磁化矢量，這些矢量在磁場方向上對齊，形成了一個(gè)宏觀的磁化矢量。 激發(fā)：射頻（RF）系統(tǒng)向樣品發(fā)送特定頻率的RF脈沖。這個(gè)頻率被精確調(diào)制以匹配樣品中原子核的Larmor頻率，即原子核磁矩在靜態(tài)磁場中進(jìn)動(dòng)的頻率。RF脈沖的作用是使原子核的磁矩從與磁場對齊的低能級狀態(tài)被激發(fā)到高能級狀態(tài)，這個(gè)過程稱為共振。 弛豫：當(dāng)RF脈沖停止后，被激發(fā)的原子核磁矩開始回到平衡狀態(tài)，過程中向周圍環(huán)境（被稱為弛豫）釋放能量。這個(gè)能量的釋放產(chǎn)生了NMR信號，其強(qiáng)度和頻率依賴于原子核所處的化學(xué)環(huán)境。弛豫過程包括縱向弛豫（T1）和橫向弛豫（T2）。在T1過程中，原子核的磁矩恢復(fù)到平衡狀態(tài)；在T2過程中，原子核的磁化強(qiáng)度在各個(gè)方向上的隨機(jī)分布恢復(fù)。 信號檢測：射頻系統(tǒng)中的接收部分，通常是射頻線圈，負(fù)責(zé)檢測和接收樣品釋放的NMR信號。這些信號隨后被放大和轉(zhuǎn)換為可以數(shù)字化處理的形式。 數(shù)據(jù)處理：通過計(jì)算機(jī)處理和分析接收到的NMR信號，可以得到關(guān)于樣品分子結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)性質(zhì)和組成的信息。 三、低場核磁共振儀的應(yīng)用 低場核磁共振儀具有設(shè)備簡單、成本低廉、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，在食品質(zhì)量控制、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品分析、石油勘探、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。此外，它還具有較高的兼容性，可以與其他表征技術(shù)（如電子顯微鏡、X射線衍射等）結(jié)合使用，為材料和生命科學(xué)研究提供更全面的信息。
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發(fā)表于 2024-10-8 15:27:05
