Cesko.wiki Spinové echo
Author
Albert FloresAnimace spinového echa ukazuje reakci spinů (červené šipky) v Blochově sféře na pulzní sekvenci (zelená barva) Spinové echo je, v magnetické rezonanci pulsní sekvence tvořená dvěma radiofrekvenčními pulsy s fází 90° a 180°. Účelem této sekvence je refokusace spinové magnetizace. Tuto sekvenci využívá jak NMR spektroskopie, tak i MRI.
Po prvním excitačním pulsu dochází k postupnému zániku NMR signálu, který je způsoben jak relaxací spinového systému, tak i nehomogenitou vzorku, která způsobuje, že různé spiny precesují různou rychlostí. První děj, relaxace, způsobuje nevratnou ztrátu magnetizace. +more Naproti tomu, rozfázování spinů lze odstranit pomocí 180° inverzního pulsu, který invertuje vektory magnetizace. Příkladem nehomogenních vlivů jsou gradienty magnetického pole a distribuce chemických posunů. Pokud aplikujeme inversní puls v čase t, rozfázování vlivem nehomogenit bude potlačeno za vzniku echa v čase 2t. Zjednodušeně, intenzita echa vztažená k původnímu singálu bude dána vztahem \exp(-2t/T_2), kde T_2 je časová konstanta spin-spinové relaxace.
Fenomén echa je důležitý prvek koherentní spektroskopie, který lze nalézt i mimo oblast magnetické rezonance, např. v laserové spektroskopii nebo neutronovém rozptylu. +more Spinové echo v magnetické rezonanci poprvé pozoroval Erwin Hahn v roce 1950, někdy se proto označuje jako Hahnovo echo.
Princip
Spinové echo bylo vysvětleno Erwinem Hahnem v jeho publikaci z roku 1950, dál bylo rozvinuto Carrem a Purcellem, kteří ukázali výhody využití 180° refokusačního pulsu.
Pro lepší pochopení rozdělíme celý děj do několika kroků:
Sekvence spinového echa. A) Vertikální červená šipka znázorňuje průměrný magnetický moment skupiny spinů, např. +more protonů. Všechny směřují vertikálně ve směru magnetického pole a rotují podél delší osy, zobrazeny jsou v rotující souřadné soustavě, takže jsou stacionární. B) 90° puls sklopí spiny do horizontální (x-y) roviny. C) Vlivem nehomogenit lokálního magnetického pole (změny magnetického pole v různých částech vzorku) dojde ke zpomalení precese některých spinů, zatímco jiné zrychlí. To způsobuje vyhasínání signálu. D) Po aplikaci 180° pulsu dojde k obrácení pořadí. Pomalejší spiny se dostanou před rychlejší. E) Postupně dochází k tomu, že rychlejší spiny se začnou přibližovat k pomalejším. F) Kompletní refokusace nastane v čase T2. Návrat spinů do vertikálního směru (není zobrazeno) nastane v čase T_1. 180° puls se často označuje jako \pi-puls.
V animaci je několik zjednodušení: není uvažována dekoherence a na každý spin působí ideální puls a jeho okolí neovlivňuje vývoj magnetizace systému. V animaci je zobrazeno šest spinů, kterým není umožněno výraznější rozfázování. +more Technika spinového echa je velmi užitečná, v případě kdy dochází k výraznějšímu rozfázování jak je ukázáno v animaci dole.
Vyhasínání spinového echa
Měření vyhasínání Hahnova echa lze využít k měření spin-spinového relaxačního času, jak je ukázáno v animaci dole. Velikost echa je měřena pro různé prodlevy mezi pulsy, tím získáme dekoherenci, která není refokusována \pi-pulsem. +more V nejjednodušším případě pozorujeme exponenciální vyhasínání, které je dáno časem T_2.
Stimulované echo
V Hahnově publikaci z roku 1950 je ukázána další metoda, jak generovat spinové echo pomocí tří následujících 90° pulsů. Po prvním pulsu dojde ke sklopení magnetizace do roviny x-y, stejně jako v prvním případě. +more Po pulsu dochází k postupnému rozjíždění spinů a vzniku tzv koláče. Ten je druhým pulsem sklopen do roviny x-z. Po časové prodlevě b je pomocí třetího pulsu získáno stimulované echo v čase a po posledním pulsu.
Fotonové echo
Hahnovo echo lze také pozorovat v optice, když působíme rezonančním světlem na materiál s nehomogenně rozšířenou absorpční rezonancí. Místo dvou spinových stavů v magnetickém poli, využívá fotonové echo dvě energetické hladiny materiálu.
Související články
Externí odkazy
Animace a simulace
[url=http://scratch.mit.edu/projects/nevit/872879]Simulace spinového echa[/url]