Verständnisproblem NMR Spin Puls Präzession Magnetisierung

woyzeck · Gast

Meine Frage:
Wie genau funktioniert bei der NMR die Pulsanregung (z.B. 90°-Puls)?

Meine Ideen:
Mein Verständnis bisher:

Ohne dem äußeren Magnetfeld B0 sind die Spins irgendwie verteilt (im Buch von James Keeler steht in etwa, dass entgegen vieler Texte die Spins wirklich IRGENDWIE verteilt sind, nicht etwa +1/2 und -1/2 nur in einem bestimmen Winkel entweder zum oder entgegen B0 gucken. Richtig?). Ok also sagen wir die Spins sind verteilt. Jetzt geht B0 an. B0 ist sehr groß. Die einzelnen Spins zeigen immer noch überall hin, aber es gibt jetzt ne Vorzugsrichtung und zwar zum Magnetfeld B0! Also Gesamtmagnetisierung M zeigt Richtung B0. Und eine andere Sache die jetzt auch passiert, ist die Präzessionsbewegung. Die Spins (Pfeile) drehen sich nun so, dass Kegel entstehen, wobei die Kreise die die Pfeilspitzen beschreiben, in der Ebene senkrecht zu B0 liegen. Das heisst jetzt haben wir Spins in allen Richtungen (alles in allem aber eine bevorzugte z-Richtung (B0 sei in z-Richtung) und überall Kegel verschiedener Winkel! Von ganz spitzen Kegeln bis hin zu flachen, hutförmigen Kegeln! Richtig? Jetzt kommt der Puls von der x-Achse aus. Der Puls hat genau die Frequenz in der die Spins präzedieren! Das heisst wenn ich ein Spin bin der sich dreht, ist immer direkt unter mir ne Kraft die mich nach unten zieht! Denn diese mich-nach-unten-ziehende Kraft schwinkt mit mir! (Wie genau das geht habe ich schon verstanden, erläutere ich nicht mehr). Das heisst in einem sich drehenden Koordinatensystem habe ich einen Spin der zb 45 grad zwischen der z- und der y-Achse hockt. Der wird jetzt auf die y-Achse hinunter gezogen. Diese hinutner ziehende Kraft die auf jeden Spin wirkt, ist auch eine Präzession richtig?, eine Präzession senkr. zur x-Achse. Wäre der Puls immer da, würde der Spin kegelmäßig einen Kreis beschreiben der senkr. zur x-Achse ist. Gucken wir aber auf das starre Koordinatensystem, dann sehen wir die Präzession wegen B0 UND Präzession zu B1 (der Puls). Das sind dann so aus wie eine 3D-Spirale. Und was passiert währenddessen mit der Gesamtmagnetisierung? Sie war vorher in z-Richtung. Da ALLE Spins hintergezogen werden, geht die Gesamtmagnetisierung im drehenden Koord.system auch hinunter zur y-Achse. Im starren Koordsys. kann man sich das so vorstellen, dass alle Kegel jetzt zu flachen Hutkegeln, bis zu Tellern werden!

So, wenn jetzt aber alle Spins im starren Koord.sys dephasiert sind, dann klappt jedoch das Gesamtmoment NICHT auf die y-Achse, sondern wird einfach nur kleiner! Meine erste Frage ist: Die Gesamtmagnetisierung die herunterklappt, also M0, ist sie immer gleich groß? Wie ein Stift der herunterklappt? Sodass sich z- und y-Richtung sinus cosinus mäßig verändern? Wenn das so ist, dann MUSS es ja heissen, dass das Herunterziehen jedes einzelnen Spins gleichzeitig ZWANGSWEISE eine Phasengleichheit mitbringt! Denn wenn jetzt zb überall Teller nach dem 90° Puls auf der xy-Ebene liegen, und von tausend Spins sind nur 50 in Phase sind, dann gibt es nur einen kleinen Beitrag des Gesamtmoments in y-Richtung und auch nur einen kleinen Beitrag in z-Richtung, der Vektor M0 wäre also geschrumpft. Ok jetzt kann man sagen, da ja dieser Puls die gleiche Frequenz hat wie die Larmorpräzession, dass ja dann passenderweise die Phasengleichheit gwährleistet ist! Wenn es so ist, dann klappt der Vektor M0 wirklich wie in Stift von der z-Achse zur y-Achse. Aber jetzt ist dann die Frage: Wenn ein 180° Puls gemacht wird, ist ja auf dem Weg zwischen 90 und 180 Grad die y-Komponente wieder am sinken! (Während die z Komponente wächst, damit M0 immer gleich lang ist). Aber wie kann denn die y-komponente überhaupt kleiner werden wenn doch alles immer noch schön in Phase ist? Oder ist es so, dass einfach IMMER wenn der Puls DA ist, alles in Phase ist? Dann könnte man sagen, dass die y-Komponente nur deswegen kleiner wird, weil eben alle Teller wieder zum spitzen Kegel werden? Das wäre eine Erklärung. Eine andere Frag ist, warum in den Lehrbüchern steht, dass nach einem Puls von der z Achse zu y klappt, und von der -z Achse zur -y Achse klappt? Da sich doch eh alles dreht ist doch y und -y das gleiche? Oder geht es irgendwie um DrehRICHTUNGEN?

woyzeck · Gast

Also um mal eine meiner Fragen zu konkretisieren: Wenn wir ein 360°-Puls auf der x-Achse geben, dann klappt die Gesamtmagnetisierung nach Lehrbüchern halt um 360°. Also erst 90 dann 180, 270, bis 360°. Das heisst, das ja y-Komponente von M schwankt. Aber die y-Komponente war doch ausschließlich ein Indikator inwieweit Spins in Phase sind? Wenn y-Komponente schwankt, dann schwankt sie ja nicht nur wegen der Spin-Phasen-Daseins sondern auch weil die Magnetisierung einfach runterklappt?

woyzeck · Gast

Eine Mögliche Erklärung wäre, wenn man die Magnetisierung in y-Richtung folgendermaßen erklärt:

Während des Pulses steht die y-Magnetisierung für den Winkel der Umklappung

Nach dem Puls steht die VERKLEINERUNG der y-Magnetisierung für das Dephasieren!

Ist das so richtig? In den Lehrbüchern finde ich immer nur halbe Erklärungen. Bitte helft mir.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Volt hilft Dir das hier weiter (schöne Animationen Augenzwinkern

):
http://en.wikipedia.org/wiki/Spin_echo

woyzeck · Gast

Vielen Dank die Animation ist gut!

Aber ich frage mich trotzdem wie die y-Komponente der Gesamtmagnetisierung sinken kann, was ja nach einem 180°Puls im Bereich 90°bis 180° passiert.

Eigentlich wäre ich schon sehr froh wenn hier jemand mir folgende Aussage bestätigen kann:

Während des Pulses steht die y-Magnetisierung für den Winkel der Umklappung

Nach dem Puls steht die VERKLEINERUNG der y-Magnetisierung für das Dephasieren!

woyzeck · Gast

Nur bezüglich der Animation vom Link oben:
Außerdem verstehe ich nicht, warum in der Animation nach dem 90 Grad Puls die Spins alle zummsan in Phase runtergeklappt werden (das sieht man daran dass der Pfeil ja ne y-Komponente besitzt). Aber nach dem 180° Puls spaeter dann die Spins so heruntergeklappt werden wie sie gerade sind. Warum sind die während der 180° Klappung nicht auch in Phase? Oder warum ist beim 90° Puls alles in Phase? Bei beiden ist doch vorher "Unordnung".

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Irgendwie versteh ich nichtmal ansatzweise was genau Dein Problem ist ... das macht Helfen natürlich schwer.... grübelnd

woyzeck · Gast

Danke jh8979 für die Rückmeldung!

Also:

Bei den NMR Experimenten gibt es ja das B0 Feld, das erzeugt wird von nem Riesenmagneten (Supraleiter). Es ist immer da. Dann gibt es noch ne Spule die Impulse auf die Probe sendet (zb der sogenannte "90°-Puls") B0 zeigt in z Richtung und der RF Puls ( also von der Spule) ist ne magn. Welle die von der x-Richtung kommt. Ok, man kann entweder die einzelnen Spins beobachten oder die Gesamtmagnetisierung die aus den einzelnen Spins resultiert (oder natürlich beides). In den Lehrbüchern ist die Gesamtmagnetisierung immer so gezeigt
process-nmr.com/images/image007.gif

Da es die Gesamtmagnetisierung ist, muss man bedenken:

Am Anfang zeigt sie nach z. Ok, danach aber geht sie Richtung der y-Achse. (und das alles während ALLE Spins senkr. zur z-Achse präzedieren!) Die Gesamtmagnetisierung ist ja nur dann in y-Richtung zu sehen, wenn die Pfeile in Phase schwingen, weil wenn sie in alle Richtungen zeigen, dann gibt es ja keine Gesamtrichtung. Das heisst, der Puls bewirkt, dass sie alle sofort in Phase schwingen. Ok, aber jetzt nehmen wir mal nen 180° Puls!
sopnmr.ucsd.edu/assets/images/sopnmr-90-180-360.png
(Auf dieser Skizze ist von links nach rechts der 90°, 180° und 360°-Puls zu sehen)

Also während die Gesamtmagnetisierung von 90 nach 180 wandert, sinkt (rein geometrisch) die y-Komponente. Die Frage ist: Warum?

Danke!

An alle anderen, wenn ihr meine Frage nicht versteht, bitte nachfragen, die Sache liegt mir sehr am Herzen, ich habe besitmmt schon tausend Bücher und Websites durchsucht!

woyzeck · Gast

Achja, es geht hier nicht mal um "komplizierte" Sachen wie das Spin Echo oder sonstiges. Es geht eigentlich nur um die T1 und T2 Relaxationszeiten, genauer gesagt, wie diese Zustande kommen.
Das T2 wird ja immer beschrieben als das Maß des In-Phase-Seins. Aber warum sinkt dann die y-Komponente (geometrisch erkennbar) während des Umklappens von 90 auf 180?

woyzeck · Gast

Oder mal anders gefragt:

fs1.directupload.net/images/150524/47j3mzvs.jpg

hier sieht man oben den Pfeil in z Richtung zurückklappen. Ich sage ZURÜCK weil er hier relaxiert, also NACH dem Puls. Aber diese zurück klappende Bewegung an sich, führt a) zur steigenden z-Komponente, b) zur sinkenden y-Komponente (y sei hier die gestrichelte Linie. Während der gesamte resultierende Vektor gleichbleibt. Das ist nur Geometrisch jetzt.

Unten wird (auch logisch) erklärt wie die y-Komponente abnimmt, und zwar durch Phasenverschiedenheit.

Aber wie kann ich die beiden Bilder verbinden?? Was ist denn nun für die y-Komponente ausschlaggebend? Die Phasenungleichheit oder das Hochklappen? Dieses Dilemma wird halt besonders deutlich, wenn man den Winkel 90 bis 180 Grad entlangklappt. Da wird ja y geometrisch kleiner. Aber es ist doch immer noch alles in Phase?

woyzeck · Gast

Ich bin jetzt selbst auf die Antwort gekommen, wen es interessiert:

Das Signal der y-Komponente besteht ja aus 2 Komponenten! Das Umklappen und die Spin-Dephasierung! Umklappen: Sinus, Dephasierung: e-Funktionsabfall!

Das wars danke Leute! Dass ich darauf nicht gekommen bin, habe mir 2 Wochen den Kopf zerbrochen darüber. LOL Hammer

woyzeck · Gast

Nein das war leider doch nicht die Lösung.

NM-Wer? · Gast

Danke für die Frage, hab gerade genau das selbe Problem. Aber mir kann auch keiner helfen - dabei geht es doch um das elementare NMR-Verständnis

willyengland · Anmeldungsdatum: 01.05.2016 Beiträge: 678

Was GENAU ist denn deine Frage?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8583

Vielleicht machen wir dafür dann einen neuen Thread auf und ich verlinke dann hier auf den.