§ 7. Практические импульсные последовательности

До сих пор наше обсуждение касалось объяснения принципов импульсного сужения линии. Практическая реализация этих принципов встречает определенные трудности. Обсудим их кратко и

затем перечислим несколько импульсных последовательностей, которые были придуманы для преодоления этих трудностей. Прекрасное обсуждение всех проблем дано Хеберленом в его лекции в Летней школе НАТО. Воэн с сотр. [13, 14] дали полное теоретическое описание, включая формулы, готовые для применения. В краткой библиографии приведено еще несколько ссылок.

1. Как избежать поворота вокруг оси z

В импульсных установках РЧ-поле возбуждается в плоскости Выбирая фазу РЧ-поля импульса, можно осуществить повороты вокруг любой произвольной оси, расположенной в плоскости но не вокруг оси Чтобы осуществить поворот вокруг оси z одним импульсом, требуется добавочная катушка, ось которой параллельна оси z, а также необходима соответствующая электроника для возбуждения в катушке тока. Избежать этого усложнения аппаратуры можно, если перейти к четырех-импульсному циклу. Тогда один поворот вокруг оси z заменяется эквивалентными ему двумя последовательными поворотами вокруг оси х и оси у. Однако обычно такие два импульса разделены во времени так, что основные временные интервалы можно формировать более просто.

Чтобы записать последовательность импульсов, удобно ввести обозначения, исходя из того, что обычно используют импульсы Например, рассмотрим следующее выражение, которое определяет четырехимпульсный цикл:

Первый символ означает приготавливающий импульс действующий вдоль оси . В скобках заключены импульсы образующие один цикл. Цикл начинается временным интервалом после приготавливающего импульса, затем подается импульс вдоль оси (или импульс вдоль оси Последовательность импульсов можно также записать в виде

она означает, что цикл начинается с импульса вдоль оси Это обозначение показывает в явном виде наличие двух интервалов времени длительностью и двух — длительностью Первое обозначение полезно для доказательства определенных теорем, в которых используется симметрия времени одного импульсного цикла.

2. Неидеальность импульсов

Длительность импульса. До сих пор мы рассматривали мгновенные повороты, для осуществления которых требуются импульсы бесконечной амплитуды нулевой длительности. Реальные импульсы имеют конечную длительность. Можно было бы предположить, что основные проблемы будут связаны с конечной длительностью импульсов. Однако теоретическое исследование этого вопроса показало, что он не так важен [9, 10, 13, 14]. Действительно, медленные повороты сохраняют способность полностью усреднять дипольное взаимодействие. В этом смысле их действие эквивалентно сужению за счет движения, при котором происходит усреднение величины до нуля при непрерывном изменении угла в противоположность дискретным изменениям ориентации спинов при мгновенных поворотах (рис. 8.1). Важным следствием для эксперимента является возможность обойтись гораздо меньшей РЧ-мощностыо, чем казалось из первых предположений.

Неоднородность РЧ-поля . В § 3 уже обсуждалось, что всегда трудно сделать РЧ-поле однородным по объему образца, особенно в случае малых размеров РЧ-катушки (катушка должна иметь малые размеры для уменьшения необходимой мощности, так как при данных добротности и последняя пропорциональна объему катушки). Неоднородность поля приводит к нежелательному эффекту, она вызывает распределение углов поворота по объему образца. Этот эффект можно устранить в первом порядке, если использовать прием Мейбума и Гилла или парные положительные и отрицательные повороты вокруг любой данной оси и тем самым осуществлять рефокусировку.

Модуляция фазы. Легко говорить о возможной настройке фазы РЧ-поля для получения его необходимой ориентации во вращающейся системе координат. Однако практически сделать это очень трудно. Обычно фаза поля колеблется в течение нарастания и спада импульса. Такие колебания могут рассматриваться как модуляция фазового угла РЧ-поля. Она эквивалентна введению расстройки в интервалах времени, когда Влияние этой модуляции можно исключить в первом порядке, если отрегулировать значения в течение включения и выключения РЧ-импульса так, чтобы они были равны и противоположны. Сделать значение равным нулю практически невозможно, однако указанную выше балансировку можно осуществить.

Из различных импульсных последовательностей, которые использовались или предлагались, мы рассмотрим только три. Они известны под названиями WAHUHA, HW-8 и REV-8. Символы

последовательностей составлены из первых букв фамилий их изобретателей, а цифры означают число импульсов в цикле.

Последовательность WAHUHA предложена Уо, Хубером и Хеберленом (WAugh, HUber, HAeberlen) [9, 10]. Она имеет вид

Сигнал, пропорциональный составляющей регистрируется в интервалах времени указанных перед скобками. Приготавливающий импульс можно выбрать так, чтобы иметь удобные выборки времени. Последовательность характерна тем, что приготавливающий импульс х и следующий за ним интервал времени в начале цикла фактически совпадают с последним импульсом и интервалом в конце цикла. Следовательно, нет нужды в специальных интервалах выборки в начале цикла. Приготавливающий импульс в этом случае является частью цикла.

Приготавливающий импульс, приложенный вдоль оси х, ориентирует намагниченность вдоль оси — у. Сигнал, пропорциональный составляющей детектируется в интервале между импульсами

Последовательность HW-8 [9, 10] можно изобразить следующим образом:

Существует ряд эквивалентных разновидностей этого цикла. Последовательность REV-8 [13, 14] имеет вид

Видно, что пара импульсов разделенных интервалом следует через интервал после пары инверсных импульсов

Рим, Эллеман и Воэн достигли наивысшего разрешения с их импульсной последовательностью

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)