上一篇我们用甄嬛传的画风讲解了核磁共振原理，围绕产生共振的三个必要条件进行：原子核、主磁场和射频磁场、射频能量满足一定条件，建议大家有空好好复习下。
知道你们估计都懒得看，这里小编简单的带大家回顾下，因为弛豫就是在共振基础上发生的，所以温故才能知新啊！这一部分不要省略跳过。
01
上节回顾——核磁共振原理
要想做出核磁共振现象，必须满足三个基本条件：自旋核、主磁场和射频磁场、射频磁场频率和能量需要满足一定条件。
核
质子数和中子数不同时为偶数的原子核，因为1H在自然界中的天然丰度最高，我们常用H核做核磁共振。
磁
原子核有个本征属性就是自旋（类似地球自转），自然状态下数以万计的核都杂乱无章的转动。
▲自然状态下原子核自旋状态（杂乱无章）
当外加主磁场方向时，H原子核的运动分为两个阵营：顺着主磁场方向进动、逆着主磁场方向进动（进动：一边保持自旋，一边围绕磁场方向转动，类似地球一边自转，一边公转一样）顺着磁场方向的原子核能量低，逆着的能量高。
▲当外加主磁场作用下原子核自旋出现裂分（自旋向上、自旋向下）
因为自旋向上顺着主磁场方向的原子核多于自旋向下的原子核，总体的磁化矢量M0仍于主磁场方向一致。
共振
当外界施加一定的射频能量，满足频率=原子核进动的拉莫尔频率，能量=两个能级能量之差时，此时低能级的质子吸收能量，跃迁到高能级，相当于从基态跃迁到不平衡态，此时发生共振。
好了，以上是上节的内容，我们说过施加的射频能量是短暂的，当撤去之后，会发生什么呢？我们正式开始今天的内容——弛豫
02
弛豫
我们知道，施加的射频能量是有一定角度和时间的。当射频撤去，对于原子核而言，此时跃迁到高能级的处于不平衡态的原子核就要回到低能级即：平衡态，这种从激励状态回到平衡状态的过程叫做弛豫，类似把弹簧拉长后松手，弹簧回到原来状态的过程。
弛豫过程显然不可能研究微观的单个原子核，我们把目光放在宏观的磁化矢量上，以沿旋转坐标系下X轴方向的射频为例。
未共振之前，总宏观磁化矢量M与主磁场方向一致，即Z轴方向。
当施加一个90°的射频脉冲，此时宏观磁化矢量就会逐渐向垂直于Z方向的x方向偏转，即M由Mz偏转成Mx。
▲施加射频脉冲
当撤去射频脉冲后，微观上跃迁到高能级的质子要回到低能级；宏观上表现的磁化矢量Mx回到Mz。
▲撤去射频脉冲
在从M恢复的过程中，磁化矢量M可以分为x轴的分量Mx与Z轴的分量My（高中数学学过的矢量的知识），其横向磁化矢量由大变小的过程叫做横向弛豫（T2弛豫），其纵向磁化矢量由小变大的过程叫做纵向弛豫（T1弛豫）。
注：上面这个动图有不严谨之处，因为一时没找到合适的动图，所以先放着，毕竟动图比文字清楚的多。
-
动态过程中的总矢量模值M非恒定（视频中恒定），原因有二。
其一：T1弛豫和T2弛豫并非同时完成，T1弛豫一般远大于T2弛豫，因此总的M并非一直恒定
其二：T1弛豫和T2弛豫是两个独立的环节，并不保证总矢量模值恒定
弛豫/恢复过程中，横向恢复到0之后纵向才慢慢完全恢复（视频中纵向、横向同步完成）
之所以产生T1弛豫和T2弛豫的原因在于：质子放入静磁场中，众多的质子形成了z轴方向的宏观磁场，但质子围绕z轴旋转的相位是不同的。给予一个射频能量后，宏观质子向xoy平面偏转的同时，也逐步形成同步同速运动，当射频能量消失后，质子向周围释放能量形成纵向弛豫。质子同时丧失同步同速运动，也就形成了横向弛豫。
从能量看，T2弛豫是H核与H核等其他原子核能量交换过程，因此叫做自旋-自旋弛豫，T1弛豫是H核与周围环境能量交换过程,因此叫做自旋-晶格弛豫。
T1弛豫与T2弛豫是原子核的固有属性，在外磁场给定后，不同组织的T1、T2值都有相应的固定值，但不同的组织T1、T2值是有很大的差异。
弛豫的快慢与什么因素有关？
弛豫快慢与H核所处的运动环境有关。例如H原子处于不同的分子上面，H处于不同物理状态下样品中，其弛豫都会不同（例如固体弛豫明显比液体弛豫快得多）。利用这个特性可以做核磁弛豫谱。
03
核磁共振仪器的分类
我们知道，核磁共振仪器，磁场强度不同，应用功能也会不同。
▲常见的核磁共振仪器，从上到下从左往右依次为：核磁共振波谱、人体磁共振成像、低场核磁共振、变场核磁共振
主磁场B0一般用T（特斯拉）表示，一般而言，磁场越大，磁体对外界会更加敏感，更需要一些特殊的材料和特殊的屏蔽保护措施。例如医院的核磁设备有很大的屏蔽设施，这样做是为了保护核磁磁场不受外界电磁波的干扰。
高场强的核磁共振属于核磁共振波谱，主要用于结构分析等。
而1.0T以下属于低场核磁范畴，纽迈分析的产品大部分集中在0.5T-1T之间，与高场波谱不同，低场核磁主要以H原子为探针研究复杂样品体系分析的运动性，如下图所示是一个典型的弛豫谱，不同的峰代表不同运动状态的H原子。
高场核磁不香吗？为什么选择低场核磁？
术业有专攻，仪器亦是如此。对于化学和生物而言，高场波谱核磁用的较多，主要研究化学结构组成、未知物结构鉴定、区分不同物质等等。
▲高场核磁中不同位置的H所对应的化学位移
然而你不可能拿一块肉、或者一块岩石去做高场核磁。口径是否容纳姑且不提，食品是一种复杂的混合物，蛋白质、脂肪任何一种物质拿出来其结构就异常复杂，更别提食品样品了；而岩石中往往都含有铁磁性的物质，对磁场均匀性有干扰，而这对于高场核磁无异灾难，然而低场核磁稳定抗干扰强的特点就能完美契合。
04
高冷范VS平民范
如果说高场核磁是高冷范，仪器结构复杂，样品要求高，维护成本高，谱图难解析；
低场核磁就是平民范，皮实耐用，对样品基本没啥要求，不需要维护，简单易操作。
然而平民范的低场核磁一点也不low，在科研中发挥大用途，不信你看，在石油能源这一个领域，2019年使用纽迈产品发表的SCI文献就多达153篇。这些成果还屡次荣获国家科研奖项，获2017年国家科技进步一等奖1项，2016年山东省科技进步一等奖1项，获2015年国家科技进步二等奖1项。使用专家中有青年长江学者、院士团队、国家杰出青年等多人。
这些还只是石油能源一个领域的成果，别忘了还有生命科学、食品农业、高分子材料、工业核磁等等，这些领域我们后续慢慢说。
选择最适合自己的，难道不是吗？
希望大家多多转发、留言、点“在看”，原创不易，期待您的支持！
END
PS：写在最后
最近微信公众号改版了，很多老师反馈收不到我们的推送了，
请大家手动星标，转发、关注、在看、星标一键四连，这是对我们最高的赞赏！
如果您对以上内容感兴趣，欢迎关注纽迈分析公众账号：niumag2003，更多原创低场磁共振原理及应用第一时间获取。