一直以來,T2譜是我們最熟悉也是最常用的數(shù)據(jù),然而小編在工作中發(fā)現(xiàn)并非每一個使用核磁的人都了解T2弛豫,所以才萌生出做本期科普的想法,開始之前我們先做個小測驗:
1:什么是T2弛豫?是如何發(fā)生的?
2:為什么有時候我們叫T1弛豫T1relaxation,T2弛豫T2 decay?
3: 影響T2弛豫的因素有哪些?
如果以上這三個問題對您有難度,那接下來的1500字的內(nèi)容,請務(wù)必認(rèn)真看完,這對于您理解實驗結(jié)果,明白紐邁核磁共振儀器的參數(shù)設(shè)置至關(guān)重要。
01 什么是T2弛豫?是如何發(fā)生的?
教科書上是這樣描述T2的,it describes the T transversal ,thus the relaxation of the transversal magnetization,即橫截方向的上的磁化量。首先我們來回顧下T2弛豫是如何發(fā)生的?
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當(dāng)施加一個90°脈沖后, 所有的質(zhì)子都發(fā)生90°的偏轉(zhuǎn),在橫截面方向上磁化矢量都朝著一個方向,此時Mx達(dá)到ZD。當(dāng)撤去射頻后,此時差別就顯現(xiàn)出來了,由于每個H質(zhì)子所處的環(huán)境不同,其進(jìn)動的拉莫爾頻率也會有細(xì)微的差別,這種差別就會造成有的轉(zhuǎn)的快,有的轉(zhuǎn)的慢,如同扇子從合到開的過程一樣(或者孔雀開屏一樣),直到0。這個過程被稱為橫向弛豫過程。
聚焦到T2弛豫,歸納起來就是因為各個H質(zhì)子的拉莫爾頻率(或者說相位)不盡相同,當(dāng)撤去射頻脈沖后,質(zhì)子由聚到散的過程。
弛豫過程(來源于新浪博客:再談核磁共振弛豫)
舉個例子,就如同體育課上,當(dāng)體育老師說大家站成一整排(對應(yīng)給與射頻脈沖時刻),然后體育老師又說:“好了,大家自由活動,解散!”于是大家往各個方向走,整體就變得無序。
左邊示意圖:剛施加完90°脈沖,所有的H質(zhì)子都朝向一個方向,初相位相同,此時MxyZD。
右邊示意圖:當(dāng)撤掉90°脈沖,每個H質(zhì)子頻率差異,導(dǎo)致相位不同,整體的橫向磁化矢量不斷抵消,Mxy逐漸減少直至為0。
因此這里就能回答我們最開頭提出的第二個問題,為什么有的時候叫做T2 decay?
decay是衰退、衰減的意思,因為T2弛豫描述的就是這樣一個從有序到無序,從相干到不相干的過程。定量的看,描述的就是其橫向磁化分量以指數(shù)衰減的過程(CPMG序列中)。
橫截方向上Mx的就是從ZD值逐漸衰減到0的過程,同樣的,當(dāng)t=T2時候,Mxy=0.37M0。
因此T2弛豫的數(shù)學(xué)定義是:
當(dāng)橫向磁化矢量衰減到ZD值的37%時所需要的時間。
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02 影響T2弛豫的因素有哪些?
影響T1和T2的內(nèi)部因素
1.內(nèi)部因素
分子運動:分子運動越慢,T2越??;例如冰和固體;
分子尺寸:分子尺寸越大,T2越?。焕缡称分械矸鄣却蠓肿拥某谠r間比水和油脂短得多。
分子結(jié)合狀態(tài):結(jié)合越緊密,T2越?。皇称分兴亩鄬咏Y(jié)構(gòu)理論
2.外部因素
磁場不均勻:千萬不要小看這個因素,磁場不均勻會加速散相過程(使得H質(zhì)子之間的差異更大),從而測得的T2比實際的T2衰減的快的多的多。
因此T2分析中,不直接用FID序列,而是在FID后面加180°復(fù)相脈沖,可以抵消主磁場恒定不均勻造成的信號衰減,從而獲得真正的T2弛豫。T2弛豫的分析序列這塊,我們放在下一篇來講。
關(guān)于T2弛豫在科研中的具體應(yīng)用,剛?cè)腴T的新手可以參考這篇:低場核磁共振都有哪些數(shù)據(jù)利用形式?
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03 總結(jié):T1和T2的對比
04 T1與T2的聯(lián)合:二維核磁共振技術(shù)
T1與T2并不是非A即B的競爭關(guān)系,T1與T2是H質(zhì)子的不同維度的屬性,可以優(yōu)勢互補(bǔ),充分利用(我們當(dāng)然可以同時采集一個樣品的T1和T2信號,用于對樣品的深入分析)。
孔隙流體在T2譜上信號重疊
紐邁新開發(fā)的多維核磁共振技術(shù),例如T1-T2技術(shù)、D-T2技術(shù)等等,能彌補(bǔ)一維弛豫譜信號重疊的問題,在食品農(nóng)業(yè)領(lǐng)域研究水分交換、在巖石土壤領(lǐng)域研究水分遷移
更重要的是,在石油能源領(lǐng)域研究孔隙流體識別。
頁巖孔隙流體在T1-T2譜上的分布
D-T2技術(shù)區(qū)分不同分子量油、氣、水
關(guān)于二維核磁共振技術(shù),尤其是針對孔隙流體識別方面,我們還有很多客戶發(fā)表的文獻(xiàn)等資料,如果您感興趣,歡迎與我們工程師(微信號:18616298890)。
參考來源:
1.B站:智能醫(yī)學(xué)成像-賈廣 (感謝賈教授提供課件)
2.紐邁大學(xué)內(nèi)部學(xué)習(xí)資料
3.王琨,周航宇,賴杰,王坤杰,劉音.核磁共振技術(shù)在巖石物理與孔隙結(jié)構(gòu)表征中的應(yīng)用[J/OL].儀器儀表學(xué)報:1-12.
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