磁共振核磁信號檢測儀（Magnetic Resonance Nuclear Magnetic Resonance (MR-NMR) Signal Detector）是用于檢測和接收核磁共振信號的儀器設(shè)備。它是核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）實驗中的關(guān)鍵組件之一，用于接收和放大樣品中的核磁共振信號，然后將其轉(zhuǎn)換為可測量和分析的電信號。

磁共振核磁信號檢測儀通常包括以下主要組件：

1.探測線圈（Coil）：探測線圈是用于接收核磁共振信號的感應(yīng)線圈。根據(jù)實驗需求和樣品類型的不同，可以使用不同類型的線圈，如表面線圈（Surface Coil）和體積線圈（Volume Coil）。線圈的設(shè)計和構(gòu)造方式可以影響信號的靈敏度和空間分辨率。

2.前置放大器（Preamplifier）：前置放大器用于放大探測線圈接收到的弱核磁共振信號。由于核磁共振信號較弱，需要使用低噪聲的前置放大器將信號增益到足夠的水平，以便后續(xù)處理和分析。

3.射頻放大器（RF Amplifier）：射頻放大器用于進一步放大前置放大器輸出的核磁共振信號。射頻放大器通常工作在射頻范圍內(nèi)，可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)放大器的功率和頻率。

4.數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）：ADC用于將放大的核磁共振信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便進行數(shù)字化處理、存儲和分析。

5.控制系統(tǒng)和計算機接口：磁共振核磁信號檢測儀通常與計算機系統(tǒng)連接，用于控制實驗參數(shù)、數(shù)據(jù)采集和存儲等。計算機可以通過相關(guān)的軟件進行數(shù)據(jù)處理、分析和可視化。

磁共振核磁信號檢測儀的性能和靈敏度對于獲取準(zhǔn)確的核磁共振數(shù)據(jù)至關(guān)重要。因此，在選擇和使用磁共振核磁信號檢測儀時，需要根據(jù)實驗需求、樣品性質(zhì)和預(yù)期的信號強度等因素進行評估和選擇。

低場核磁共振主要是指磁場強度比較低的核磁共振儀器。低場核磁共振技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，而且還處在不斷拓展之中，

低場核磁共振技術(shù)主要基于四個方面進行樣品分析與檢測：

（1）基于信號幅值的分析檢測；

（2）基于圖像(信號二維分布)的分析檢測；

（3）基于弛豫時間的分析檢測；

（4）基于擴散系數(shù)的分析檢測。

低場核磁共振技術(shù)在食品農(nóng)業(yè)、地質(zhì)勘探、石油化工、生物醫(yī)藥、材料科學(xué)等諸多方面體現(xiàn)出越來越廣泛的應(yīng)用，成為一種重要的分析測試工具。

下圖為0.5T磁場強度的低場核磁共振儀器：

低場核磁共振成像分析儀

（來源：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）

自由感應(yīng)衰減(free induction decay, FID)是核磁共振現(xiàn)象的表現(xiàn)形式。下面將對核磁共振中的自由衰減信號（FID）進行簡要的介紹。

　　核磁共振設(shè)備中會使用若干種不同種類的線圈。主要包括：梯度線圈和射頻線圈兩種，下面簡單介紹下射頻線圈的功能。

　　射頻線圈具有發(fā)射和接收兩個基本功能，包括發(fā)射線圈本接收線圈。發(fā)射線圈的功能是向檢測樣品發(fā)射射頻脈沖，使質(zhì)子的縱向磁化強度矢量發(fā)生翻轉(zhuǎn)。接收線圈的功能是接收樣品的核磁共振信號。

自由感性衰減信號（FID）

　　這里以π/2脈沖為例，在x軸方向通過發(fā)射線圈發(fā)射π/2脈沖，在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系內(nèi)，脈沖結(jié)束時，縱向磁化強度矢量M0翻轉(zhuǎn)到xOy平面內(nèi)并位于y‘軸方向。這樣在π/2脈沖以后，可以得到一個橫向磁化強度矢量。Mxy ，在xOy平面的運動是螺旋形衰減，見圖1。若把發(fā)射線圈作為接受線圈，依據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，當(dāng)旋轉(zhuǎn)的 Mxy穿過xOy平面內(nèi)位于x軸上的接收線圈，引起拖過線圈磁通量的變化時，就可在接收線圈內(nèi)產(chǎn)生一感應(yīng)電動勢（或感應(yīng)電流），這個感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流稱為核磁共振信號。

圖1.橫向磁化螺旋式衰減

由于Mxy是一個按正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減，所以接受的信號也是按正弦規(guī)律振蕩，按指數(shù)規(guī)律衰減。信號變化如圖2（a）。因此，這種按正弦規(guī)律振蕩、按指數(shù)規(guī)律衰減的核磁共振信號習(xí)慣被稱為自由感應(yīng)衰減信號（free induction decay）

圖2. FID信號波形

　　需要特別注意的是：由于Mxy以角頻率ω0繞外磁場轉(zhuǎn)動，接收到信號的角頻率也是ω0，即信號的頻率與射頻脈沖相等，也就是產(chǎn)生核磁共振的頻率。當(dāng)一個較小的縱向磁化強度矢量M0在π/2脈沖作用下翻轉(zhuǎn)到xOy平面內(nèi)，其產(chǎn)生的FID信號見圖2（b），這說明FID信號的大小與π/2脈沖停止后，Mxy初始大小或π/2脈沖作用前縱向磁化強度大小有關(guān)，Mxy越大，同一時刻產(chǎn)生的FID信號越強。

　　FID信號是強度隨時間的變化波形，經(jīng)傅立葉變換后偶可得到核磁共振信號強度隨頻率ν變化的波形，即核磁共振譜，如圖3，圖中ν0為共振頻率。

核磁共振實驗教學(xué)案例展示：硬脈沖FID 序列測量拉莫爾頻率

圖4.偏振狀態(tài)下的FID信號

圖5.接近共振狀態(tài)下的FID信號

圖6.共振狀態(tài)下的FID信號

（來源：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）

一、什么是便攜式核磁儀？

便攜式核磁儀（Portable Nuclear Magnetic Resonance，PNMR）是一種小型、輕便、易攜帶的核磁共振儀器。它的核心部分是一個低場強磁鐵，通常在0.1T-1.5T之間。

二、便攜式核磁儀有哪些特點？

1. 便攜性強：體積小、重量輕、易于攜帶，可在實驗室、野外和工業(yè)現(xiàn)場進行非破壞性的材料表征和分析。

2. 成本較低：相較于傳統(tǒng)核磁共振儀，需要的設(shè)備和材料成本較低，因此價格更為合理。

3. 實時檢測：可以進行實時檢測，可以在很短的時間內(nèi)提供有關(guān)樣品的信息。

4. 操作簡單：操作簡單，使用便捷，只需要將樣品放置在儀器中，并按照操作說明進行相應(yīng)的設(shè)置和操作即可。

5. 非破壞性：是一種非破壞性的檢測手段，可以在不破壞樣品的情況下獲取樣品的信息。

6. 適用于小樣品：樣品室通常較小，可以容納約1毫升的樣品。因此，它適用于需要分析小樣品的應(yīng)用。

7. 多功能性：可以用于各種應(yīng)用，包括油氣勘探和開發(fā)、化學(xué)分析、生物醫(yī)學(xué)研究、材料表征、食品和藥品分析等領(lǐng)域。