核磁共振技術(shù)發(fā)展與展望(共6頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上核磁共振技術(shù)的發(fā)展及展望摘要：核磁共振經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展應(yīng)用，使得此項(xiàng)技術(shù)迅速成為在物理、化學(xué)、生物、地質(zhì)、計(jì)量、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的強(qiáng)大工具。高強(qiáng)磁場(chǎng)超導(dǎo)核磁共振儀的發(fā)展，靈敏度大大提高。近來(lái)出現(xiàn)的用于醫(yī)學(xué)診斷的核磁共振成像技術(shù)（MRI）,是自X光發(fā)現(xiàn)以來(lái)醫(yī)學(xué)診斷的重大進(jìn)展?？梢哉f(shuō)NMR與諾貝爾獎(jiǎng)結(jié)下了不解之緣。關(guān)鍵詞：核磁共振技術(shù)、原理、應(yīng)用、展望一、 核磁共振的概念核磁共振是指原子核在外加恒力磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生能級(jí)分裂，從而對(duì)特定的電磁波發(fā)生共振吸收現(xiàn)象。二、 核磁共振的物理原理核磁共振是原子核在外磁場(chǎng)中，能級(jí)之間共振躍遷的現(xiàn)象。我們知道，原子核帶正電并有自旋運(yùn)動(dòng)，其自旋

2、運(yùn)動(dòng)必將產(chǎn)生磁矩，稱(chēng)為核磁矩。研究表明，核磁矩與原子核的自旋角動(dòng)量S成正比, 即： = S。式中 為比例系數(shù)，稱(chēng)為原子核的旋磁比。在外磁場(chǎng)中, 原子核自旋角動(dòng)量的空間取向是量子化的, 它在外磁場(chǎng)方向上的投影值可表示為：I=m h。m為核自旋量子數(shù)。依據(jù)核磁矩與自旋角動(dòng)量的關(guān)系，核磁矩在外磁場(chǎng)中的取向也是量子化的，它在磁場(chǎng)方向上的投影值為：=m h。對(duì)于不同的核，m 分別取整數(shù)或半整數(shù)。在外磁場(chǎng)中, 具有磁矩的原子核具有相應(yīng)的能量, 其數(shù)值可表示為：E = -u B = m h B。式中B為磁感應(yīng)強(qiáng)度?？梢?jiàn)，原子核在外磁場(chǎng)中的能量也是量子化的。由于磁矩和磁場(chǎng)的相互作用，自旋能量分裂成一系列分立的

3、能級(jí)，相鄰的兩個(gè)能級(jí)之差為：E = h B。用頻率適當(dāng)?shù)碾姶泡椛湔丈湓雍?，如果電磁輻射光子能量h 恰好為兩相鄰核能級(jí)之差E，則原子核就會(huì)吸收這個(gè)光子，發(fā)生核磁共振的頻率條件是:h = h B = h B/2 或 = 2= B式中為頻率，為圓頻率。對(duì)于確定的核, 旋磁比可被精確地測(cè)定?？梢?jiàn), 通過(guò)測(cè)定核磁共振時(shí)輻射場(chǎng)的頻率，就能確定磁感應(yīng)強(qiáng)度;反之， 若已知磁感應(yīng)強(qiáng)度, 即可確定核的共振頻率。三、 核磁共振技術(shù)的應(yīng)用核磁共振可分為：固體核磁共振，液體核磁共振和核磁共振成像。 其中固體核磁共振應(yīng)用的范圍：不溶性的高分子材料、膜蛋白、剛性的金屬以及非金屬材料。固相核磁（除固體物理用固體核磁外）使用

4、普及率不高。液體核磁共振應(yīng)用范圍（目前是主要的）：有機(jī)化合物，天然產(chǎn)物，生物大分子。溶液高分辨核磁共振在化學(xué)中主要應(yīng)用：1基本化學(xué)結(jié)構(gòu)的確定、立體構(gòu)型和構(gòu)象的確定；2化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究、化學(xué)反應(yīng)速度測(cè)定；3化學(xué)、物理變化過(guò)程的跟蹤；4化學(xué)平衡的研究及平衡常數(shù)的測(cè)定；5溶液中分子的相互作用及分子運(yùn)動(dòng)的研究（氫鍵相互作用、分子鏈的纏結(jié)、膠束的結(jié)構(gòu)等）；6混合物的快速成分分析（LC-NMR, DOSY)。液體核磁共振在生物大分子溶液中的主要應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：1測(cè)定生物大分子在溶液中的三維結(jié)構(gòu)：是目前為止唯一能夠準(zhǔn)確測(cè)定生物大分子在溶液中的三維結(jié)構(gòu)的方法；2蛋白質(zhì)與核酸的相互作用：分子生物學(xué)、分子

5、遺傳學(xué)、基因調(diào)控、藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中都要涉及的重大問(wèn)題；3蛋白質(zhì)卷曲和折疊研究：研究卷曲和折疊的動(dòng)力學(xué)過(guò)程；4藥物設(shè)計(jì)：研究激素-受體復(fù)合物；酶與底物的復(fù)合物；功能蛋白與靶分子復(fù)合物，特別是關(guān)于結(jié)合點(diǎn)的結(jié)構(gòu)信息。核磁共振成像技術(shù)主要是臨床診斷的成像、研究動(dòng)植物形態(tài)的微成像、功能成像和分子成像。核磁共振分析技術(shù)是通過(guò)核磁共振譜線特征參數(shù)，如譜線寬度, 譜線輪廓形狀，譜線面積，譜線位置等的測(cè)定來(lái)分析物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。它可以不破壞被測(cè)樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是一種完全無(wú)損的檢測(cè)方法。同時(shí)，它具有非常高的分辨本領(lǐng)和精確度，而且可以用于測(cè)量的核也比較多，所有這些都優(yōu)于其它測(cè)量方法。因此，核磁共振技術(shù)在材料科學(xué)

6、，化學(xué)，醫(yī)療，石油化工，考古等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。在化學(xué)領(lǐng)域，核磁共振在化學(xué)分析中正發(fā)揮越來(lái)越大的作用，它不僅是一種研究手段，也是常規(guī)分析中不可缺少的一種手段。用它可以對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量的分析，確定反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)機(jī)理。用它還可以研究各種化學(xué)鍵的性質(zhì)，研究溶液中的動(dòng)態(tài)平衡，測(cè)量液體的粘度，確定各種物質(zhì)在生產(chǎn)過(guò)程中的一些其它性質(zhì)和控制生產(chǎn)流程等。核磁共振成像在醫(yī)療方面顯示出強(qiáng)大的生命力，已成為醫(yī)學(xué)診斷中一種重要手段。它可以對(duì)人體脊髓，腦，肝，肺等各個(gè)器官直接成像，勿需借助造影劑，并有較理想的清晰度，可以觀測(cè)出血流量，顯示心臟活動(dòng)。它不僅能顯示形態(tài)，還能提供有關(guān)功能的生化信息，從而大大地提高了診

7、斷的準(zhǔn)確性，有利于對(duì)突發(fā)性心肌梗塞和肝瘤等疾病的早期診治。核磁共振技術(shù)在創(chuàng)新藥物研究及藥物質(zhì)量控制方面具有廣泛的應(yīng)用，不僅能定性定量分析藥物及雜質(zhì)，而且能建立復(fù)雜的中藥指紋圖譜。在石油化工領(lǐng)域，隨著重質(zhì)油加工、新能源開(kāi)發(fā)和綠色化工對(duì)催化劑的要求越來(lái)越高，用新儀器和新方法研究催化材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和催化機(jī)理的需求也越來(lái)越迫切。核磁共振波譜法是一種強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)分析手段，液體樣品中的原子核能夠自由翻滾，相互作用被平均，容易得到高分辨NMR譜圖，進(jìn)而對(duì)樣品做定性和定量分析。四、 核磁共振技術(shù)的展望NMR波譜技術(shù)今后最富有前景的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個(gè)方面：1繼續(xù)幫助有機(jī)化學(xué)家從自然界尋找具有生物活性的新穎有機(jī)

8、化合物，今后這方面的研究重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系。即研究這些物質(zhì)在參與生命過(guò)程時(shí)與生物大分子（如受體）或其它小分子相互作用的結(jié)構(gòu)特征和動(dòng)態(tài)特征。2.更多地用于多肽和蛋白質(zhì)在溶液中高次構(gòu)造的解析，成為蛋白質(zhì)工程和分子生物學(xué)中研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的重要工具。并朝著采用穩(wěn)定同位素標(biāo)記光學(xué)CIDNP法與2D-NMR，3D-NMR技術(shù)相結(jié)合的方向發(fā)展。3.NMR技術(shù)將廣泛用于核酸化學(xué)，確定DNA的螺旋結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和它的序列特異性。研究課題將集中在核酸與配體的相互作用，其中核酸與蛋白質(zhì)分子、核酸與小分子藥物的相互作用是最重要的方面。 4.NMR技術(shù)對(duì)于糖化學(xué)的應(yīng)用將顯示出越來(lái)越大的潛力，采用NMR技術(shù)來(lái)測(cè)

9、定寡糖的序列，連接方式和連接位置，確定糖的構(gòu)型和寡糖在溶液中的立體化學(xué)以及與蛋白質(zhì)相互作用的結(jié)構(gòu)特征和動(dòng)態(tài)特征將是重要的研究領(lǐng)域。5NMR技術(shù)將更多地用于研究動(dòng)態(tài)的分子結(jié)構(gòu)和在快速平衡中的變化。以深層理解分子的結(jié)構(gòu)，描示結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特征，了解化學(xué)反應(yīng)的中間態(tài)及相互匹配時(shí)能量的變化。NMR技術(shù)將進(jìn)一步深入生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)的研究領(lǐng)域，研究生物細(xì)胞和活組織的各種生理過(guò)程的生物化學(xué)變化。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信NMR技術(shù)會(huì)得要越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)：1裘祖義 裴奉奎 核磁共振譜 科學(xué)出版社 19892胡紅雨 魯子賢 核磁共振法研究蛋白質(zhì)和多肽的結(jié)構(gòu)和功能3陳朝環(huán) 鄧道利 錢(qián)長(zhǎng)濤 順磁性鑭系金屬有機(jī)配合物的1H核磁共振研究4 方潤(rùn) 許乾慰 核磁共振（NMR）測(cè)試技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用5 王為民 張盛宗 核磁共振成像技術(shù)在石油勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用6 寧永成 核磁共振基礎(chǔ)簡(jiǎn)論7 寧永成 有關(guān)化合物結(jié)構(gòu)鑒定與有機(jī)波普學(xué)8 于小波 沈