核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用課件

核磁共振（NMR）技術(shù)

及其應(yīng)用

生命科學學院生物工程2003級

031404003王丹核磁共振（NMR）技術(shù)

及其應(yīng)用生命1核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用

核磁共振技術(shù)原理核磁共振技術(shù)應(yīng)用核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用核磁共振技術(shù)原理2核磁共振技術(shù)原理——概述核磁共振(NuclearMagneticResonance簡稱NMR)是交變磁場與物質(zhì)相互作用的一種物理現(xiàn)象，1946年由美國斯坦福大學布洛赫(F.Block)和哈佛大學珀賽爾(E.M.Purcell)各自獨立發(fā)現(xiàn)的，兩人因此獲得1952年諾貝爾物理學獎。50多年來，核磁共振已形成為一門有完整理論的新學科。核磁共振的發(fā)現(xiàn)具有十分重要的意義，不僅為量子力學的基本原理提供了直接的驗證，而且為多個學科領(lǐng)域的研究提供了一種不可或缺的分析與測量手段。核磁共振技術(shù)原理——概述核磁共振(Nuclea3兩個學科分支

核磁共振波譜(NuclearMagneticResonanceSpectroscopy)

基于化學位移理論發(fā)展起來的，主要用于測定物質(zhì)的化學成分和分子結(jié)構(gòu)磁共振成像(MagneticResonanceImaging，簡稱MRI)

誕生于1973年，它是一種無損測量技術(shù)，可以用于獲取多種物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖象。

兩個學科分支核磁共振波譜(NuclearMagnetic412位因?qū)舜殴舱竦慕艹鲐暙I而獲得諾貝爾獎科學家：1944年I.Rabi1952年F.Block1952年E.M.Purcell1955年W.E.Lamb1955年P(guān).Kusch1964年C.H.Townes1966年A.Kastler1977年J.H.VanVleck1981年N.Bloembergen1983年H.Taube1989年N.F.Ramsey1991年R.R.Ernst12位因?qū)舜殴舱竦慕艹鲐暙I而獲得諾貝爾獎科學家：1944年5NMR基本原理磁共振——自然界中的一種現(xiàn)象，即原子核可以吸收強磁場中存在的一定頻率的電磁輻射。艾西德·艾薩克·瑞白(IsidorIsaacRabi)，一位出生于澳大利亞的美國物理學家（1898－1988），于1938年最先發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象。NMR基本原理磁共振——自然界中的一種現(xiàn)象，即原子核可以吸收6小磁鐵？？？Nuclear＝＝＞原子（小磁鐵）Magnetic＝＝＞小磁鐵的磁化Resonance＝＝＞小磁鐵信息的偵測1小磁鐵的來源2排列原子核磁體3干擾磁體4監(jiān)視原子核運動5進行頻譜分析6馳豫小磁鐵？？？Nuclear＝＝＞原子（小磁鐵）71.小磁鐵的來源

許多原子核（并非全部）可被視為很小的條形磁鐵，都有磁北極和磁南極。原子核以南北磁極連線為軸，以恒定速率旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)條形磁鐵在自然界中相當普遍。單個的鐵原子、地球、太陽、多個行星和中子星等都屬于旋轉(zhuǎn)條形磁鐵。與原子核相比，地球的地理北極（旋轉(zhuǎn)軸）與北磁極并不完全重合，所以它是比較復雜的旋轉(zhuǎn)條形磁鐵。原子核的運轉(zhuǎn)情況要好得多：它們的磁極與地理磁極恰好重合。1.小磁鐵的來源許多原子核（并非全部）可被視為很小的條形磁82.排列原子核磁體

通常，原子核的北極可以指向任意方向，如無外界干涉，它們的指向則沒有限制。核磁共振測量法的第一步是通過放置一塊大型磁鐵來形成一個強磁場，然后將原子核磁體置于其中，使其按一定方式排列。這將使原子核排列成行，北極指向外部磁體的南極。磁性原子核很樂于被磁場重新排列。這會使它們處于一種舒適的狀態(tài)，物理學家稱之為平衡或低能。這就象是一個小孩懶洋洋地坐在操場的秋千上，哪兒也不想去。這兒就是他最開心的地方。2.排列原子核磁體通常，原子核的北極可以指向任意方向，如無93.干擾磁體

核磁共振測量法的第二步是讓物體移動。這是通過另一磁場來完成的，而不是與原子核運動產(chǎn)生共振的那個磁場。這就象是前面說的那個蕩秋千的懶小孩一樣，推動著他，但不必太用力。每次他接近弧頂并向前蕩時，輕輕地推一下。這種被稱為共振的輕輕推動可以增強規(guī)律性的往復運動。原子核的運動亦是如此。為使它們不指向大磁體，必須對其施加外力。3.干擾磁體核磁共振測量法的第二步是讓物體移動。這是通過10由于原子核是旋轉(zhuǎn)的，所以其運動方式很象陀螺儀或玩具陀螺。當陀螺儀或玩具陀螺筆直指向地球的重力場時，它只是旋轉(zhuǎn)。如果它與重力場呈某一角度，就會做一種稱為“旋進”的軌道運動。旋進速度（遠低于旋轉(zhuǎn)速度）取決于陀螺儀的大小和形狀，它的旋轉(zhuǎn)速度及重力。當原子核偏離強磁場的方向時，它也做“旋進”運動。旋進速度取決于原子核的屬性（旋轉(zhuǎn)速率等）以及磁場強度-這與陀螺儀很類似。這些屬性是保持不變的，所以只需知道磁場強度就可以準確得出旋進頻率。也就是必須施加給原子核的推動頻率，以使其偏離主磁場，產(chǎn)生旋進運動。推力來自第二個磁場，該磁場的時間變化率與旋進速率相等-即可以與原子核運動產(chǎn)生共振。由于原子核是旋轉(zhuǎn)的，所以其運動方式很象陀螺儀或玩具陀螺。當陀11核…磁…共振是不是初具雛形了？核…磁…共振是不是初具雛形了？124.監(jiān)視原子核運動即使您閉上眼睛，也能知道秋千還在擺蕩。為什么？原來秋千上的小孩在大聲喊叫個不停。這一次，磁性原子核的情形仍與此非常類似。只要它們脫離大磁場中的隊列，或者說，不再保持平衡狀態(tài)，它們會輻射出無線電波。每個原子核都象一個很小的無線電臺。并且毫無疑問，核磁共振設(shè)備的一部分是一個無線電接收器，在原子核移動時，可以捕捉到它們發(fā)出的信號。最早的核磁共振設(shè)備是二戰(zhàn)時與雷達站一同建造的，在一套設(shè)備里，既有無線電發(fā)射機，又有接收機。4.監(jiān)視原子核運動即使您閉上眼睛，也能知道秋千還在擺蕩。為什13自由感應(yīng)衰減FID(FreeInductionDecay)自由感應(yīng)衰減FID(FreeInductionDeca145.進行頻譜分析不同物質(zhì)有不同共振頻率–同一物質(zhì)上不同位置之原子頻率亦不相同–頻譜之線下面積正比于該物質(zhì)濃度這就是磁振頻譜(MRSpectroscopy,MRS)5.進行頻譜分析不同物質(zhì)有不同共振頻率156.馳豫

在前面那個蕩秋千示例中，停止施加外力后，秋千在一段時間內(nèi)仍將繼續(xù)擺動。但秋千上的小孩很不舒服。他不再保持平衡，而處于一種高能狀態(tài)。這不是他的本性。由于各方面原因（與空氣的摩擦，秋千與支撐結(jié)構(gòu)連接處的摩擦），一段時間后秋千會逐漸慢下來。但秋千上的小孩想盡快進入馳豫狀態(tài)，于是他稍微收腿，讓自己減速，直至他再次可以舒舒服服地坐在那里。原子核非常象這個小孩。通過無線電波可以讓它運動，在無線電發(fā)射機停止發(fā)射后的一段時間內(nèi)，它仍可繼續(xù)運動，但不是最佳狀態(tài)。在核磁共振設(shè)備中，它會在永久磁場的導向下，找到一種方法逐漸回到平衡狀態(tài)。但還有一個問題。原子核并沒有腳。它們?nèi)绾螠p速？有多種方法可使原子核失去能量返回平衡狀態(tài)。對于原子核處于液體分子（如水）的情況，一種途徑就是撞擊固體表面。每次分子撞擊固體表面時，原子核都有機會返回到沿強磁場方向的平衡排列狀態(tài)。這就是…馳豫。您看，即便是原子核也喜歡馳豫。6.馳豫在前面那個蕩秋千示例中，停止施加外力后，秋千在一段16在較大的孔隙里，液體分子有更多的空間移動而不會撞上孔壁，所以碰撞頻率非常小。在巖石里，核磁共振馳豫取決于孔隙的尺寸：孔隙越大，核磁共振馳豫的時間越長。核磁共振對孔隙尺寸的靈敏度有兩項簡單但功能強大的應(yīng)用。第一就是由孔隙尺寸決定的滲透性。更確切地說，滲透性與孔隙直徑的平方成正比，所以人們希望它與核磁共振馳豫的平方也成正比。通過對數(shù)百種不同的巖石進行實驗室測試，證明確實存在這種關(guān)系。核磁共振數(shù)據(jù)的第二項應(yīng)用是確定孔隙尺寸的分布。由于在單個巖石內(nèi)孔隙的尺寸變化很大，因此分布范圍很廣。通過孔隙尺寸分布，地質(zhì)學者可以得出大量有關(guān)巖石的信息——遠勝于在顯微鏡下進行觀察。

在較大的孔隙里，液體分子有更多的空間移動而不會撞上孔壁，所以17更多相關(guān)內(nèi)容……排列、干擾、馳豫是核磁共振的基本內(nèi)容。但就象所有科學領(lǐng)域一樣，這只是一個龐大、復雜且有趣的故事的開頭。數(shù)名科學家已經(jīng)因為在某些細節(jié)方面的研究而獲得了“諾貝爾獎”。更多相關(guān)內(nèi)容……排列、干擾、馳豫是核磁共振的基本內(nèi)容。但就象18核磁共振技術(shù)的應(yīng)用

核磁共振適合于液體、固體。如今的高分辨技術(shù)，還將核磁用于了半固體及微量樣品的研究。核磁譜圖已經(jīng)從過去的一維譜圖（1D）發(fā)展到如今的二維（2D）、三維（3D）甚至四維（4D）譜圖，陳舊的實驗方法被放棄，新的實驗方法迅速發(fā)展，它們將分子結(jié)構(gòu)和分子間的關(guān)系表現(xiàn)得更加清晰。在世界的許多大學、研究機構(gòu)和企業(yè)集團，都可以聽到核磁共振這個名詞，包括我們在日常生活中熟悉的大集團。而且它在化工、石油、橡膠、建材、食品、冶金、地質(zhì)、國防、環(huán)保、紡織及其它工業(yè)部門用途日益廣泛。在中國，其應(yīng)用主要在基礎(chǔ)研究方面，企業(yè)和商業(yè)應(yīng)用普及率不高，主要原因是產(chǎn)品開發(fā)不夠、使用成本較高。但在石油化工、醫(yī)療診斷方法應(yīng)用較多。核磁共振技術(shù)的應(yīng)用核磁共振適合于液體、固體。如今的高分辨技19一些實際的應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)的測定化學位移各向異性的研究金屬離子同位素的應(yīng)用動力學核磁研究質(zhì)子密度成像T1T2成像化學位移成像其它核的成像指定部位的高分辨成像元素的定量分析有機化合物的結(jié)構(gòu)解析表面化學有機化合物中異構(gòu)體的區(qū)分和確定大分子化學結(jié)構(gòu)的分析生物膜和脂質(zhì)的多形性研究脂質(zhì)雙分子層的脂質(zhì)分子動態(tài)結(jié)構(gòu)生物膜蛋白質(zhì)——脂質(zhì)的互相作用壓力作用下血紅蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化生物體中水的研究生命組織研究中的應(yīng)用生物化學中的應(yīng)用在表面活性劑方面的研究原油的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析瀝青化學結(jié)構(gòu)分析涂料分析農(nóng)藥鑒定食品分析藥品鑒定一些實際的應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)的測定生物膜和脂質(zhì)的多形性研究20核磁共振技術(shù)在生命科學中的應(yīng)用醫(yī)學應(yīng)用腦功能與神經(jīng)科學生物技術(shù)應(yīng)用

1.微生物代謝途徑的研究2.植物系統(tǒng)代謝途徑的研究3.少、多糖分析4.生物反應(yīng)器系統(tǒng)的優(yōu)化5.結(jié)構(gòu)基因組研究核磁共振技術(shù)在生命科學中的應(yīng)用醫(yī)學應(yīng)用21NMR在生物制藥中的作用

(1)利用NMR對于化學和結(jié)構(gòu)環(huán)境的靈敏特性，使其可以研究藥物中的分子結(jié)構(gòu)。(2)NMR信號強度正比于自旋核的個數(shù)，由此可以獲得定量信息。這使得NMR不僅可以用作刻度次要測量方法(如FTIR和HPLC)的主要標準，也可以用來檢測藥物的純度。(3)把NMR的化學結(jié)構(gòu)確定能力和HPLC(高效液相色譜)的大分子物質(zhì)分離提純能力結(jié)合在一起，產(chǎn)生了LC—NMR技術(shù)，從而可以實現(xiàn)混合物的在線分離與識別。今后，固態(tài)NMR技術(shù)也將在生物制藥中得到應(yīng)用，以評價乳劑、混懸劑和片劑的均勻性。此外，把NMR與分離色譜、毛細管電泳等技術(shù)相結(jié)合也是一個方向。冷凍探針等新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)將把NMR的檢測限度提高到毫微克范圍。所有這些技術(shù)的發(fā)展都將繼續(xù)推動NMR技術(shù)在研究藥品結(jié)構(gòu)、純度、穩(wěn)定性和同分異構(gòu)成分等方面的應(yīng)用的進步。NMR在生物制藥中的作用(1)利用NMR對于化學和結(jié)構(gòu)環(huán)境22ForExample…ForExample…23例一．確定分子結(jié)構(gòu)。

用核磁共振法得到乙基苯的核磁共振譜圖如圖8所示。由圖可見位于乙基苯中不同的化學集團(甲基)(次甲基)(苯基)中的氫核，因其化學環(huán)境不同而有不同的化學位移，依次為1.22ppm,2.63ppm和7.18ppm，而標準物質(zhì)TMS的。圖中顯示出：不同化學集團處有不同的峰值數(shù)，這是由于不同化學集團間核的自旋耦合作用引起的能級分裂而造成的。譜線還有一定的寬度，吸收峰的面積正比于相應(yīng)化學集團中氫核的數(shù)目。因而對吸收曲線所包圍面積進行積分，便可知各化學集團中包含氫核的數(shù)目。核磁共振儀中配置的電子積分器，可把譜線強度畫成階梯式的線，以階梯的高度代表峰面積的相對值。由圖8可知，乙基苯三個化學集團中氫核的數(shù)目比為5:2:3。例一．確定分子結(jié)構(gòu)。用核磁共振法得到乙基苯的核磁共振譜圖如24例二．核磁共振CT

核磁共振成像（NMR成像）被廣泛地用于醫(yī)療診斷上，其中最常用是平面成象，即獲取樣品平面（斷面）上的分布信息，稱作核磁共振計算機斷層成象，也就是常說的核磁共振CT(computedtopography)。就人體而言，體內(nèi)的大部分(75%)物質(zhì)都是水，且不同組織中水的含量也不同。用核磁共振CT手段可測定生物組織中含水量分布的圖像，這實際上就是質(zhì)子密度分布的圖像。當體內(nèi)遭受某種疾病時，其含水量分布就會發(fā)生變化，利用氫核的核磁共振就能診斷出來。圖9所示的人體成像裝置核磁共振成像系統(tǒng)由磁體系統(tǒng)、譜儀系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)和圖象顯示系統(tǒng)組成。磁體系統(tǒng)由主磁體、梯度線圈、墊補線圈和與主磁場正交的射頻線圈組成，是核磁共振發(fā)生和產(chǎn)生信號的主體部分。譜儀系統(tǒng)是產(chǎn)生磁共振現(xiàn)象并采用磁共振信號的裝置，主要由梯度場發(fā)生器和控制系統(tǒng)、MR信號接收和控制等部分組成。計算機圖象重建系統(tǒng)要求配備大容量計算機和高分辨的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（analog/difitalconverter,A/D），以完成數(shù)據(jù)采集、累加、傅里葉轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示。例二．核磁共振CT核磁共振成像（NMR成像）被廣泛地用于醫(yī)25過去診斷人體內(nèi)部的病變只能靠計算機輔助X射線層析技術(shù)（CT）。今天，核磁共振層析術(shù)已成為醫(yī)學上一種普遍使用的重要診斷手段。圖10是人的頭部縱剖面的NMR像，它顯示了X射線成像看不到的細節(jié)。NMR成像還有一個好處，就是對病人無輻射危害。因此，這一技術(shù)存在著廣闊的應(yīng)用前景。過去診斷人體內(nèi)部的病變只能靠計算機輔助X射線層析技術(shù)（CT）26核磁共振CT與其它醫(yī)學影像方法的不同核磁共振CT與其它醫(yī)學影像方法的不同27核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用課件28核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用課件29核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用課件30TheEnd！

ThankYou！TheEnd！

ThankYou！31核磁共振（NMR）技術(shù)

及其應(yīng)用

生命科學學院生物工程2003級

031404003王丹核磁共振（NMR）技術(shù)

及其應(yīng)用生命32核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用

核磁共振技術(shù)原理核磁共振技術(shù)應(yīng)用核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用核磁共振技術(shù)原理33核磁共振技術(shù)原理——概述核磁共振(NuclearMagneticResonance簡稱NMR)是交變磁場與物質(zhì)相互作用的一種物理現(xiàn)象，1946年由美國斯坦福大學布洛赫(F.Block)和哈佛大學珀賽爾(E.M.Purcell)各自獨立發(fā)現(xiàn)的，兩人因此獲得1952年諾貝爾物理學獎。50多年來，核磁共振已形成為一門有完整理論的新學科。核磁共振的發(fā)現(xiàn)具有十分重要的意義，不僅為量子力學的基本原理提供了直接的驗證，而且為多個學科領(lǐng)域的研究提供了一種不可或缺的分析與測量手段。核磁共振技術(shù)原理——概述核磁共振(Nuclea34兩個學科分支

核磁共振波譜(NuclearMagneticResonanceSpectroscopy)

基于化學位移理論發(fā)展起來的，主要用于測定物質(zhì)的化學成分和分子結(jié)構(gòu)磁共振成像(MagneticResonanceImaging，簡稱MRI)

誕生于1973年，它是一種無損測量技術(shù)，可以用于獲取多種物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖象。

兩個學科分支核磁共振波譜(NuclearMagnetic3512位因?qū)舜殴舱竦慕艹鲐暙I而獲得諾貝爾獎科學家：1944年I.Rabi1952年F.Block1952年E.M.Purcell1955年W.E.Lamb1955年P(guān).Kusch1964年C.H.Townes1966年A.Kastler1977年J.H.VanVleck1981年N.Bloembergen1983年H.Taube1989年N.F.Ramsey1991年R.R.Ernst12位因?qū)舜殴舱竦慕艹鲐暙I而獲得諾貝爾獎科學家：1944年36NMR基本原理磁共振——自然界中的一種現(xiàn)象，即原子核可以吸收強磁場中存在的一定頻率的電磁輻射。艾西德·艾薩克·瑞白(IsidorIsaacRabi)，一位出生于澳大利亞的美國物理學家（1898－1988），于1938年最先發(fā)現(xiàn)磁共振現(xiàn)象。NMR基本原理磁共振——自然界中的一種現(xiàn)象，即原子核可以吸收37小磁鐵？？？Nuclear＝＝＞原子（小磁鐵）Magnetic＝＝＞小磁鐵的磁化Resonance＝＝＞小磁鐵信息的偵測1小磁鐵的來源2排列原子核磁體3干擾磁體4監(jiān)視原子核運動5進行頻譜分析6馳豫小磁鐵？？？Nuclear＝＝＞原子（小磁鐵）381.小磁鐵的來源

許多原子核（并非全部）可被視為很小的條形磁鐵，都有磁北極和磁南極。原子核以南北磁極連線為軸，以恒定速率旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)條形磁鐵在自然界中相當普遍。單個的鐵原子、地球、太陽、多個行星和中子星等都屬于旋轉(zhuǎn)條形磁鐵。與原子核相比，地球的地理北極（旋轉(zhuǎn)軸）與北磁極并不完全重合，所以它是比較復雜的旋轉(zhuǎn)條形磁鐵。原子核的運轉(zhuǎn)情況要好得多：它們的磁極與地理磁極恰好重合。1.小磁鐵的來源許多原子核（并非全部）可被視為很小的條形磁392.排列原子核磁體

通常，原子核的北極可以指向任意方向，如無外界干涉，它們的指向則沒有限制。核磁共振測量法的第一步是通過放置一塊大型磁鐵來形成一個強磁場，然后將原子核磁體置于其中，使其按一定方式排列。這將使原子核排列成行，北極指向外部磁體的南極。磁性原子核很樂于被磁場重新排列。這會使它們處于一種舒適的狀態(tài)，物理學家稱之為平衡或低能。這就象是一個小孩懶洋洋地坐在操場的秋千上，哪兒也不想去。這兒就是他最開心的地方。2.排列原子核磁體通常，原子核的北極可以指向任意方向，如無403.干擾磁體

核磁共振測量法的第二步是讓物體移動。這是通過另一磁場來完成的，而不是與原子核運動產(chǎn)生共振的那個磁場。這就象是前面說的那個蕩秋千的懶小孩一樣，推動著他，但不必太用力。每次他接近弧頂并向前蕩時，輕輕地推一下。這種被稱為共振的輕輕推動可以增強規(guī)律性的往復運動。原子核的運動亦是如此。為使它們不指向大磁體，必須對其施加外力。3.干擾磁體核磁共振測量法的第二步是讓物體移動。這是通過41由于原子核是旋轉(zhuǎn)的，所以其運動方式很象陀螺儀或玩具陀螺。當陀螺儀或玩具陀螺筆直指向地球的重力場時，它只是旋轉(zhuǎn)。如果它與重力場呈某一角度，就會做一種稱為“旋進”的軌道運動。旋進速度（遠低于旋轉(zhuǎn)速度）取決于陀螺儀的大小和形狀，它的旋轉(zhuǎn)速度及重力。當原子核偏離強磁場的方向時，它也做“旋進”運動。旋進速度取決于原子核的屬性（旋轉(zhuǎn)速率等）以及磁場強度-這與陀螺儀很類似。這些屬性是保持不變的，所以只需知道磁場強度就可以準確得出旋進頻率。也就是必須施加給原子核的推動頻率，以使其偏離主磁場，產(chǎn)生旋進運動。推力來自第二個磁場，該磁場的時間變化率與旋進速率相等-即可以與原子核運動產(chǎn)生共振。由于原子核是旋轉(zhuǎn)的，所以其運動方式很象陀螺儀或玩具陀螺。當陀42核…磁…共振是不是初具雛形了？核…磁…共振是不是初具雛形了？434.監(jiān)視原子核運動即使您閉上眼睛，也能知道秋千還在擺蕩。為什么？原來秋千上的小孩在大聲喊叫個不停。這一次，磁性原子核的情形仍與此非常類似。只要它們脫離大磁場中的隊列，或者說，不再保持平衡狀態(tài)，它們會輻射出無線電波。每個原子核都象一個很小的無線電臺。并且毫無疑問，核磁共振設(shè)備的一部分是一個無線電接收器，在原子核移動時，可以捕捉到它們發(fā)出的信號。最早的核磁共振設(shè)備是二戰(zhàn)時與雷達站一同建造的，在一套設(shè)備里，既有無線電發(fā)射機，又有接收機。4.監(jiān)視原子核運動即使您閉上眼睛，也能知道秋千還在擺蕩。為什44自由感應(yīng)衰減FID(FreeInductionDecay)自由感應(yīng)衰減FID(FreeInductionDeca455.進行頻譜分析不同物質(zhì)有不同共振頻率–同一物質(zhì)上不同位置之原子頻率亦不相同–頻譜之線下面積正比于該物質(zhì)濃度這就是磁振頻譜(MRSpectroscopy,MRS)5.進行頻譜分析不同物質(zhì)有不同共振頻率466.馳豫

在前面那個蕩秋千示例中，停止施加外力后，秋千在一段時間內(nèi)仍將繼續(xù)擺動。但秋千上的小孩很不舒服。他不再保持平衡，而處于一種高能狀態(tài)。這不是他的本性。由于各方面原因（與空氣的摩擦，秋千與支撐結(jié)構(gòu)連接處的摩擦），一段時間后秋千會逐漸慢下來。但秋千上的小孩想盡快進入馳豫狀態(tài)，于是他稍微收腿，讓自己減速，直至他再次可以舒舒服服地坐在那里。原子核非常象這個小孩。通過無線電波可以讓它運動，在無線電發(fā)射機停止發(fā)射后的一段時間內(nèi)，它仍可繼續(xù)運動，但不是最佳狀態(tài)。在核磁共振設(shè)備中，它會在永久磁場的導向下，找到一種方法逐漸回到平衡狀態(tài)。但還有一個問題。原子核并沒有腳。它們?nèi)绾螠p速？有多種方法可使原子核失去能量返回平衡狀態(tài)。對于原子核處于液體分子（如水）的情況，一種途徑就是撞擊固體表面。每次分子撞擊固體表面時，原子核都有機會返回到沿強磁場方向的平衡排列狀態(tài)。這就是…馳豫。您看，即便是原子核也喜歡馳豫。6.馳豫在前面那個蕩秋千示例中，停止施加外力后，秋千在一段47在較大的孔隙里，液體分子有更多的空間移動而不會撞上孔壁，所以碰撞頻率非常小。在巖石里，核磁共振馳豫取決于孔隙的尺寸：孔隙越大，核磁共振馳豫的時間越長。核磁共振對孔隙尺寸的靈敏度有兩項簡單但功能強大的應(yīng)用。第一就是由孔隙尺寸決定的滲透性。更確切地說，滲透性與孔隙直徑的平方成正比，所以人們希望它與核磁共振馳豫的平方也成正比。通過對數(shù)百種不同的巖石進行實驗室測試，證明確實存在這種關(guān)系。核磁共振數(shù)據(jù)的第二項應(yīng)用是確定孔隙尺寸的分布。由于在單個巖石內(nèi)孔隙的尺寸變化很大，因此分布范圍很廣。通過孔隙尺寸分布，地質(zhì)學者可以得出大量有關(guān)巖石的信息——遠勝于在顯微鏡下進行觀察。

在較大的孔隙里，液體分子有更多的空間移動而不會撞上孔壁，所以48更多相關(guān)內(nèi)容……排列、干擾、馳豫是核磁共振的基本內(nèi)容。但就象所有科學領(lǐng)域一樣，這只是一個龐大、復雜且有趣的故事的開頭。數(shù)名科學家已經(jīng)因為在某些細節(jié)方面的研究而獲得了“諾貝爾獎”。更多相關(guān)內(nèi)容……排列、干擾、馳豫是核磁共振的基本內(nèi)容。但就象49核磁共振技術(shù)的應(yīng)用

核磁共振適合于液體、固體。如今的高分辨技術(shù)，還將核磁用于了半固體及微量樣品的研究。核磁譜圖已經(jīng)從過去的一維譜圖（1D）發(fā)展到如今的二維（2D）、三維（3D）甚至四維（4D）譜圖，陳舊的實驗方法被放棄，新的實驗方法迅速發(fā)展，它們將分子結(jié)構(gòu)和分子間的關(guān)系表現(xiàn)得更加清晰。在世界的許多大學、研究機構(gòu)和企業(yè)集團，都可以聽到核磁共振這個名詞，包括我們在日常生活中熟悉的大集團。而且它在化工、石油、橡膠、建材、食品、冶金、地質(zhì)、國防、環(huán)保、紡織及其它工業(yè)部門用途日益廣泛。在中國，其應(yīng)用主要在基礎(chǔ)研究方面，企業(yè)和商業(yè)應(yīng)用普及率不高，主要原因是產(chǎn)品開發(fā)不夠、使用成本較高。但在石油化工、醫(yī)療診斷方法應(yīng)用較多。核磁共振技術(shù)的應(yīng)用核磁共振適合于液體、固體。如今的高分辨技50一些實際的應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)的測定化學位移各向異性的研究金屬離子同位素的應(yīng)用動力學核磁研究質(zhì)子密度成像T1T2成像化學位移成像其它核的成像指定部位的高分辨成像元素的定量分析有機化合物的結(jié)構(gòu)解析表面化學有機化合物中異構(gòu)體的區(qū)分和確定大分子化學結(jié)構(gòu)的分析生物膜和脂質(zhì)的多形性研究脂質(zhì)雙分子層的脂質(zhì)分子動態(tài)結(jié)構(gòu)生物膜蛋白質(zhì)——脂質(zhì)的互相作用壓力作用下血紅蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化生物體中水的研究生命組織研究中的應(yīng)用生物化學中的應(yīng)用在表面活性劑方面的研究原油的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析瀝青化學結(jié)構(gòu)分析涂料分析農(nóng)藥鑒定食品分析藥品鑒定一些實際的應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)的測定生物膜和脂質(zhì)的多形性研究51核磁共振技術(shù)在生命科學中的應(yīng)用醫(yī)學應(yīng)用腦功能與神經(jīng)科學生物技術(shù)應(yīng)用

1.微生物代謝途徑的研究2.植物系統(tǒng)代謝途徑的研究3.少、多糖分析4.生物反應(yīng)器系統(tǒng)的優(yōu)化5.結(jié)構(gòu)基因組研究核磁共振技術(shù)在生命科學中的應(yīng)用醫(yī)學應(yīng)用52NMR在生物制藥中的作用

(1)利用NMR對于化學和結(jié)構(gòu)環(huán)境的靈敏特性，使其可以研究藥物中的分子結(jié)構(gòu)。(2)NMR信號強度正比于自旋核的個數(shù)，由此可以獲得定量信息。這使得NMR不僅可以用作刻度次要測量方法(如FTIR和HPLC)的主要標準，也可以用來檢測藥物的純度。(3)把NMR的化學結(jié)構(gòu)確定能力和HPLC(高效液相色譜)的大分子物質(zhì)分離提純能力結(jié)合在一起，產(chǎn)生了LC—NMR技術(shù)，從而可以實現(xiàn)混合物的在線分離與識別。今后，固態(tài)NMR技術(shù)也將在生物制藥中得到應(yīng)用，以評價乳劑、混懸劑和片劑的均勻性。此外，把NMR與分離色譜、毛細管電泳等技術(shù)相結(jié)合也是一個方向。冷凍探針等新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)將把NMR的檢測限度提高到毫微克范圍。所有這些技術(shù)的發(fā)展都將繼續(xù)推動NMR技術(shù)在研究藥品結(jié)構(gòu)、純度、穩(wěn)定性和