核磁（NMR）自旋回波测T2弛豫时间

土豆

自旋回波法测量T2弛豫时间的核心在于理解磁化矢量的失相位与重聚过程。当90°脉冲将磁化矢量从z轴翻转到xy平面后，各个自旋开始以稍有不同的频率进动，这是由于磁场不均匀性和分子本身特性共同作用的结果。这种进动频率的差异会导致磁化矢量在xy平面逐渐散开，表现为信号衰减。然而，这种衰减既包含了真正的T2弛豫过程，也包含了由静态磁场不均匀性造成的**衰减。

自旋回波序列通过引入180°重聚脉冲巧妙地解决了这个问题。在90°脉冲后经过时间τ施加180°脉冲，这个脉冲会使所有自旋的相位发生反转。就像赛跑中突然发出"向后转"的口令，跑得快的自旋现在反而落在后面，而跑得慢的自旋则冲到了前面。经过又一个τ时间后，所有自旋会重新会聚，形成回波信号。这个过程中，由静态磁场不均匀性导致的相位发散被完全消除，只保留真正的T2弛豫造成的信号衰减。
实验时，我们需要系统地改变回波时间2τ，记录对应的回波信号强度。这些数据点将描绘出纯粹的T2弛豫曲线，其衰减规律遵循I(2τ)=I0exp(-2τ/T2)的指数关系。通过非线性拟合这些数据，就能得到精确的T2值。值得注意的是，为了获得可靠的结果，τ值的选取需要覆盖从远小于T2到3-5倍T2的时间范围，通常需要8-12个不同的τ值进行测量。
在实际应用中，自旋回波法面临着一些技术挑战。首先是脉冲宽度的精确性要求，任何偏差都会影响回波的形成。其次是扩散效应的影响，对于流动性强的样品，分子扩散会加剧信号衰减。此外，对于固体样品，还需要考虑偶极耦合等强相互作用的特殊处理。现代核磁谱仪通常会采用各种改进的序列，如CPMG多回波序列，来提高测量精度和效率。