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物質(zhì)由原子構(gòu)成,質(zhì)子是原子核內(nèi)的主要微粒,核磁信號就是來源于質(zhì)子。以氫質(zhì)子為例,由于其帶有正電荷,且自身高速旋轉(zhuǎn),可以看作一個(gè)環(huán)形電流,由電磁理論可知,電生磁,質(zhì)子產(chǎn)生一個(gè)磁矩,可以將其看作一個(gè)小磁針。樣品內(nèi)部無數(shù)的小磁針按自身的方向雜亂排列,相互抵消,總磁矩為零。

當(dāng)樣品置于一個(gè)靜磁場中時(shí),原有的平衡被打破了。根據(jù)量子力學(xué)原理,核磁矩在外磁場中的空間取向是量子化的,只能取確定的方向,氫核可取兩個(gè)方向,這兩個(gè)方向的位能不同,一高一低。氫核從原有的平衡狀態(tài)到裂分為兩個(gè)取向,成為塞曼能級分裂。形象的說,好比小磁針放到靜磁場后,分為了兩個(gè)陣營:順從派和抵抗派。順從派能量較小,能級較低,和靜磁場方向相同,抵抗派能量較大,能級較高,和靜磁場方向相反,且兩派的力量不均等,順從派稍多于抵抗派,每10萬個(gè)核,兩派數(shù)量差一個(gè)。就是這多出的一個(gè)磁矩,積少成多,形成了一個(gè)與主磁場同方向的磁化矢量,是核磁共振信號的來源。

磁化矢量沿主磁場方向旋轉(zhuǎn),如果施加一個(gè)適宜的射頻場,該磁化矢量就會(huì)發(fā)生傾斜,從而形成核磁共振信號。適宜的射頻場是指頻率與磁化矢量拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率一致。如前面講的比喻,磁化矢量好比一個(gè)垂直于地面的沙袋,射頻場發(fā)射的脈沖好比拳頭,只有拳頭力量匹配沙袋的重量,沙袋才會(huì)傾斜,從而在地面形成一個(gè)投影。這個(gè)投影就是儀器檢測到的核磁信號。沙袋傾斜后會(huì)逐漸回復(fù)到平衡狀態(tài),投影會(huì)越來越小,直至消失,檢測到的核磁信號也是一個(gè)衰減的信號。