Импульсная и фурье-спектроскопия ЯМР - Фаррар Т.
Скачать (прямая ссылка):
используются частоты стробиро-вания, на 25—100% превышающие приведенные
значения.
Иногда вследствие ограниченности объема памяти ЭВМ или ограниченной ВЧ-
мощности приходится исследовать только часть спектра. Такую часть спектра
на любом из его концов можно выделить с помощью фильтра, отделяющего
высокие частоты. Тогда, используя меньшую частоту стробирования, можно
сократить общее число регистрируемых точек. Однако если не применять два
фазовых детектора, то выбрать участок в средней части спектра обычно не
представляется возможным.
Теперь рассмотрим достижимое в методах ФС разрешение. В общем случае
сигнал свободной индукции спадает с постоянной времени Т2*, которая часто
определяется в основном неоднородностью поля и соответствует ширине линии
1 /зтТ2*. (Если некоторые линии спектра шире, чем другие, то сигнал
свободной индукции характеризуется несколькими постоянными времени.) Мы
не можем сделать разрешение лучше определенного предела, устанавливаемого
скоростью спада, однако мы можем искусственно расширить линии в спектре
после преобразования Фурье, если будем регистрировать данные во время
спада свободной индукции в течение слишком малого времени. Теоретически,
по соотношению (2.6), требуется, чтобы данные регистрировались бесконечно
долго. Из теории преобразования Фурье известно, что для достижения
разрешения R Гц сигнал во временной области необходимо регистрировать в
течение
1 /R секунд [44]. Поскольку достижимый верхний предел разрешения
определяется Т2*, зависящим от неоднородности поля магнита и от
характеристик исследуемого ядра, то
Фурье-спектроскопия ЯМР 111
практически бесполезно увеличивать время регистрации данных сверх ЗТ2*(~
яТ2*). Однако в некоторых случаях, как мы увидим, ограниченный объем
памяти ЭВМ заставляет <)| рапичивать длительность регистрации СИС, что
ведет к снижению разрешения.
11родолжителыюсть регистрации данных в течение каждого СИС в некоторой
степени влияет также на конечное значение отношения сигнал/шум,
достижимое при многократном повторении импульсов. Для максимального
использования времени обычно желательно подавать очередной импульс
немедленно после окончания регистрации данных. В течение каждого СИС
сигнал, естественно, убы-н.н'Т с увеличением времени, так что данные на
«хвосте»
< 11C имеют меньшее отношение сигнал/шум, чем данные, полученные
сразу после импульса. К моменту времени 3Т2* после импульса сигнал
уменьшается в 20 раз (е3). Ограни-чпная длительность регистрации, можно
улучшить отношение сигнала к шуму, однако, как мы видели, ценой ухудшения
разрешения. В разд. 5.4 будет показано, что в опре-цлснии оптимальной
длительности регистрации данных палшую роль могут играть времена
релаксации.
Г>.;$. Требования к ЭВМ
Теперь мы можем изучить некоторые из основных тре-ооканий, предъявляемых
к вычислительным системам, которые предполагается использовать для фурье-
спектро-екопии ЯМР. ЭВМ в общем применяется для трех различных пндов
математической обработки данных: 1) регистрация данных и когерентное
суммирование повторяющихся сигналов для повышения отношения сигнал/шум:
2) непосред-е твенно преобразование Фурье; 3) различные виды обработки
данных между регистрацией и преобразованием или после преобразований
Фурье.
Ясно, что частота регистрации данных в ЭВМ должна оыть по крайней мере не
меньше, чем минимальные частоты имборок, приведенные в разд. 5.2 (т. е.
более чем вдвое превышать диапазон резонансных частот ядер). Зная эту
минимальную частоту стробирования и длительность регистрации данных,
определяемую нужным разрешением, можно найти минимальное число слов
(ячеек) в памяти ЭВМ.
112 Глава 5
Однако по практическим и финансовым причинам иногда приходится
ограничивать длительность регистрации и получать разрешение меньше
оптимального. Например, для 1SC на 25 МГц для получения разрешения 1 Гц
потребовалось бы 11 ООО (11 К) слов в памяти ЭВМ или при разумной
крутизне спада частотной характеристики фильтра около 16 К слов. Для 19F
на 94 МГц сравнимое разрешение (без учета фильтра) можно получить при 56
К слов. Таким требованиям можно удовлетворить, используя относительно
дорогие вычислительные системы с памятью на магнитных дисках, могущие
принимать данные с очень высокой скоростью; однако в большинстве
установок используются мини-ЭВМ с памятью 8—12/С (точнее, 8192—12 288
слов), причем часть памяти обычно необходимо использовать для хранения
программ ЭВМ. Как мы увидим, наибольшая эффективность преобразования
Фурье достигается при числе точек входного сигнала, равном 2° , где п
целое. Это иногда еще более увеличивает требования к памяти.
Кроме числа слов в памяти ЭВМ, важную роль играет и длина каждого слова.
В большинстве мини-ЭВМ, применяемых для приема данных непосредственно с
измерительного прибора \ длина слова варьирует от 12 до 20 бит (двоичных
разрядов). Это значит, что наибольшее целое число, которое можно
зарегистрировать в одной ячейке памяти ЭВМ, меняется от 4095 (212—1) до 1
