Relaxare (RMN)

decăderea polarizării spinului RMN indusă de RF este caracterizată în termeni de două procese separate, fiecare cu propriile constante de timp. Un proces, numit T1, este responsabil pentru pierderea intensității rezonanței în urma excitației pulsului. Celălalt proces, numit T2, caracterizează lățimea sau lărgimea rezonanțelor. Declarat mai formal, T1 este constanta de timp pentru procesele fizice responsabile de relaxarea componentelor vectorului de magnetizare a spinului nuclear m paralel cu câmpul magnetic extern, B0 (care este desemnat în mod convențional ca axa z). Relaxarea T2 afectează componentele coerente ale M perpendicular pe B0. În spectroscopia RMN convențională, T1 limitează rata de repetare a pulsului și afectează timpul total în care poate fi achiziționat un spectru RMN. Valorile T1 variază de la milisecunde la câteva secunde, în funcție de mărimea moleculei, vâscozitatea soluției, temperatura probei și posibila prezență a speciilor paramagnetice (de exemplu, O2 sau ioni metalici).

T1Edit
Spin saturation transferEdit
T2Edit
T2* și neomogenitatea câmpului magnetic
T1 este întotdeauna mai lung decât T2?Edit

T1Edit

Articol principal: Relaxare Spin-lattice

timpul de relaxare longitudinal (sau spin-lattice) T1 este constanta de dezintegrare pentru recuperarea componentei z a magnetizării spinului nuclear, Mz, spre valoarea sa de echilibru termic, M z, e q {\displaystyle m_{z, \ mathrm {eq} }}

$M_{z, \ mathrm{eq}}$

. În general, M z(t ) = M z , E q − e − t / T 1 {\displaystyle m_{z} (t)=m_{z,\mathrm {eq} }-e^{-t/T_{1}}}

$M_z ( t) = m_{z, \ mathrm{eq}} - e^{- t / T_1}$

în cazuri specifice:

dacă M a fost înclinat în planul xy, atunci M z (0) = 0 {\displaystyle m_{z}(0)=0}
$M_z(0)=0$

și recuperarea este pur și simplu

M z ( t ) = M z , e q ( 1 − e − t / T 1 ) {\displaystyle m_{z}(t)=m_{z,\mathrm {eq} }\stânga(1-e^{-t/t_{1}}\dreapta)}

$M_z(t) = m_{z,\mathrm{eq}}\stânga( 1 - e^-t/T_1} \dreapta)$

adică magnetizarea se recuperează la 63% din valoarea sa de echilibru după o constantă de timp T1.

în experimentul de recuperare a inversiunii, utilizat în mod obișnuit pentru măsurarea valorilor T1, magnetizarea inițială este inversată, M z ( 0 ) = − m z , e q {\displaystyle m_{z}(0)=-m_{z,\mathrm {eq} }}
$M_z(0)=-m_{z,\mathrm{eq}}$

, și astfel recuperarea urmează

m z ( t ) = m z , e q ( 1 − 2 E − T / T 1 ) {\displaystyle m_{z}(t)=m_{z,\mathrm {EQ} }\stânga(1-2e^{-t/t_{1}}\dreapta)}

$m_z(t) = m_{z,\mathrm{EQ}}\stânga( 1 - 2e^{-t/T_1} \dreapta)$

relaxarea T1 implică redistribuirea populațiilor statelor de spin nuclear pentru a ajunge la distribuția echilibrului termic. Prin definiție, acest lucru nu este conservarea energiei. Mai mult, emisia spontană este neglijabil lentă la frecvențele RMN. Prin urmare, rotirile nucleare cu adevărat izolate ar arăta rate neglijabile de relaxare T1. Cu toate acestea, o varietate de mecanisme de relaxare permit rotirilor nucleare să facă schimb de energie cu împrejurimile lor, rețeaua, permițând populațiilor de spin să se echilibreze. Faptul că relaxarea T1 implică o interacțiune cu împrejurimile este originea descrierii alternative, relaxarea spin-lattice.

rețineți că ratele de relaxare T1 (adică 1/T1) sunt în general puternic dependente de frecvența RMN și astfel variază considerabil cu Intensitatea câmpului magnetic B. cantități mici de substanțe paramagnetice dintr-o probă accelerează foarte mult relaxarea. Prin degazare și, prin urmare, îndepărtarea oxigenului dizolvat, T1/T2 a probelor lichide ajunge cu ușurință până la un ordin de zece secunde.

Spin saturation transferEdit

în special pentru moleculele care prezintă semnale de relaxare lentă (T1), tehnica spin saturation transfer (SST) oferă informații despre reacțiile de schimb chimic. Metoda este aplicabilă pe scară largă moleculelor fluxionale. Această tehnică de transfer de magnetizare oferă rate, cu condiția ca acestea să depășească 1 / T1.

T2Edit

Articol principal: spin-spin relaxare

redare media

reprezentare vizuală a spinului unui proton sub un câmp magnetic constant B0. Vizualizarea T1 {\displaystyle T_{1}}

$t_{1}$

și T 2 {\displaystyle T_{2}}

$t_{2}$

timpi de relaxare.

timpul de relaxare transversal (sau spin-spin) T2 este constanta de decădere pentru componenta lui M perpendicular pe B0, desemnată MXY, MT, sau m XV {\displaystyle m_ {\perp }}

$M_ {\perp}$

. De exemplu, magnetizarea inițială xy la momentul zero se va descompune la zero (adică echilibru) după cum urmează: M x y (t ) = M X y (0) e – t / T 2 {\displaystyle m_{xy} (t) = m_{xy} (0) E^{- t / T_{2}}\,}

$M_{xy} (t) = m_{xy} (0) e^{- t / T_2} \,$

adică. vectorul de magnetizare transversală scade la 37% Din magnitudinea sa inițială după o constantă de timp T2.

relaxarea T2 este un fenomen complex, dar la nivelul său cel mai fundamental, corespunde unei decoerențe a magnetizării transversale a spinului nuclear. Fluctuațiile aleatorii ale câmpului magnetic local conduc la variații aleatorii ale frecvenței instantanee de precesie RMN a diferitelor rotiri. Ca urmare, se pierde coerența inițială de fază a rotirilor nucleare, până când în cele din urmă fazele sunt dezordonate și nu există o magnetizare netă xy. Deoarece relaxarea T2 implică doar fazele altor rotiri nucleare, este adesea numită relaxare” spin-spin”.

Spin ecou secvență puls și animație dezintegrare magnetizare.

valorile T2 sunt, în general, mult mai puțin dependente de Intensitatea câmpului, B, decât valorile T1.

Hahn echo decay experiment poate fi folosit pentru a măsura timpul T2, așa cum se arată în animația de mai jos. Dimensiunea ecoului este înregistrată pentru distanțe diferite ale celor două impulsuri aplicate. Aceasta relevă decoerența care nu este reorientată de pulsul de 180 de centimetrii. În cazuri simple, se măsoară o decădere exponențială care este descrisă de T2 {\displaystyle T_{2}}

$t_{2}$

timp.

T2* și neomogenitatea câmpului magnetic

informații suplimentare: imagistica ponderată T2*

într-un sistem idealizat, toate nucleele dintr-un mediu chimic dat, într-un câmp magnetic, precesează cu aceeași frecvență. Cu toate acestea, în sistemele reale, există diferențe minore în mediul chimic care pot duce la o distribuție a frecvențelor de rezonanță în jurul idealului. În timp, această distribuție poate duce la o dispersie a distribuției strânse a vectorilor magnetici de spin și la pierderea semnalului (dezintegrarea inducției libere). De fapt, pentru majoritatea experimentelor de rezonanță magnetică, această „relaxare” domină. Acest lucru duce la defazare.

cu toate acestea, decoerența din cauza neomogenității câmpului magnetic nu este un adevărat proces de „relaxare”; nu este aleator, ci depinde de locația moleculei în magnet. Pentru moleculele care nu se mișcă, abaterea de la relaxarea ideală este consecventă în timp, iar semnalul poate fi recuperat prin efectuarea unui experiment de ecou de spin.

constanta de timp de relaxare transversală corespunzătoare este astfel T2*, care este de obicei mult mai mică decât T2. Relația dintre ei este:

1 T 2 ∗ = 1 T 2 + 1 T i o n h o m = 1 T 2 + γ Δ B 0 {\displaystyle {\frac {1}{T_{2}^{*}}}={\frac {1}{T_{2}}}+{\frac {1}{T_{inhom}}}={\frac {1}{T_{2}}}+\gamma \Delta B_{0}}

$\frac{1}{T_2^*}=\frac{1}{T_2}+\frac{1}{T_{inhom}} = \frac{1}{T_2}+\gamma \Delta B_0$

unde γ reprezintă gyromagnetic raport, și ΔB0 diferența de putere de la nivel local, diferite de teren.

spre deosebire de T2, T2* este influențat de neregularitățile gradientului câmpului magnetic. Timpul de relaxare T2* este întotdeauna mai scurt decât timpul de relaxare T2 și este de obicei milisecunde pentru probele de apă din magneții de imagistică.