核磁共振原理及其应用

 1946年以美国物理学家布洛赫(F.Bloch)和普舍尔(E.M.Purcell)为首的两个小组几乎在同一时间,用不同的方法各自独立地发现了物质的核磁共振(NMR)现象,后来两人合作制造了世界上第一台核磁共振谱仪。1952年他们二人因此获得了诺贝尔物理奖。所谓核磁共振是根据处在某个静磁场中的物质原子核系统受到相应频率的电磁波作用时,在它们的磁能级间产生共振跃迁的原理而采取的一种新技术。核磁共振技术自创始以来经过了60年代连续波谱仪的大发展时代,以及70年代的脉冲傅里叶变换核磁共振和核磁双共振时代,近年来发展的多核NMR,多脉冲NMR,二维NMR和固体NMR在理论和实践上都取得了迅速发展。     

核磁共振新技术简介

前 言 1946年E.M.Purcell等人[1]用吸收法,F.Bloch等人[2]用感应法,各自独立地观察到了物质一般伏态中的核磁共振(Nuclear magneticresomance——NMR)现象.所谓核磁共振,就是在电磁波的作用下,原子核在外磁场中的磁能级之间共振跃迁现象.核磁共振条件是 ω=γH0或者hv=gNμNH0,式中,ω=2πv是电磁波的角频率;v为电磁波的频率;H0为外加静磁场强度;γ为回磁比(或称磁旋比);h为普朗克常数;gN为核的g因子;μN为核磁子. 核磁共振信号有许多特性,例如谱线的宽度、形状、谱线包围的面积以及在频率或磁场刻度上的准确位置、谱线的精细结构以…     

一种研究磁性材料的核磁共振波谱仪装置

一、铁磁体核磁共振效应的实验特点 铁磁物质中许多元素的同位素(如Fe57,Ni61,Co59,Cr53等)具有核磁矩,它们在一定条件下也会产生核磁共振效应.但是,实验发现铁磁体的核磁共振效应(以下用FNR表示)与一般非铁磁物质的NMR效应不同.例如: 1.对非铁磁物质,共振核的亚能级主要受外加     

核磁共振与分子生物学研究

本世纪四十年代,物理学上发现了物质的核磁共振现象.核磁共振技术在六十年代已广泛应用于生物学领域.近来,核磁共振技术的发展极为迅速,特别是超导体强磁场核磁共振波谱仪(图1)和脉冲傅里叶变换核磁共振新装置在生物学中卓有成效地应用,给分子生物学提供了其它理化方法所不能得到的许多宝贵新资料. 一般认为,分子生物学的中心课题之一,是研究蛋白质、酶和核酸等生物大分子的结构、功能及其合成。 一、蛋白质 目前蛋白质的核磁研究主要有三方面内容:(1)直接观察蛋白质大分子本身,特别是蛋白质的天然构型或折褶构型状态中链的相互作用以及折褶…     

核磁共振成像技术的实验艺术

 2003年生理学或医学诺贝尔奖授予美、英科学家,以奖励他们在核磁共振成像技术方面的贡献。核磁共振技术自1946年,美国哈佛大学的珀塞尔(E.M.Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F.Bloch)宣布,他们发现了核磁共振NMR(nuclearmagneticresonance)(为此,他们二人一起获得1952年度诺贝尔物理学奖)。至今,核磁共振理论已经成为一种探索、研究物质的微观结构和性质的分析手段。     

谈谈核磁共振及其发展近况

1946年,美国的布洛赫(F·Bloch)小组和珀塞尔(E·M·Purcell)小组分别独立地观测到物质一般状态下的核磁共振现象,到现在只过了短短的三十几年.在这三十多年中,核磁共振研究获得了惊人的进展.在它刚被发现时,只作为物理学家精确测定原子核磁矩的一种方法.到五十年代末,建立了完备的化学位移和核自旋-自旋分裂的理论,使它开始在化学领域尤其是有机化学中得到广泛的应用.现在,几乎没有一家化学研究单位和大的化工厂不配备核磁共振谱仪的.1966年,高分辨脉冲傅里叶变换式核磁共振谱仪问世了,使核磁共振技术又完成了一个飞跃.此后,有人却说,核…     

以q空间法研究水分子在水晶体中之扩散及其结构

在核磁共振中的脉冲梯度自旋回响法(pulsed gradient spin echo,PGSE)常用来测量溶液中分子或离子的扩散现象,近年来利用PGSE q空间法对多孔隙物质的系统扩散研究。观察到类似绕射效应,在此工作中我们尝试以q空间法直接观察眼球水晶体中的纤维细胞组织和水分子扩散间的关系,实验结果显示,从类似绕射纹图可了解纤维细胞蜂巢式排列结构。     

一些典型的软物质物理中的非平衡自组织现象

在软物质物理中经常有自组织(self-organization)现象发生.这一现象通常在非平衡的过程中产生,并生成非常美丽和有趣的图案与结构.具体例子包括胶体颗粒的扩散限制凝聚(diffusion limited aggregation,DLA),Hele-Shaw盒中产生的流体分形结构,凝胶的形成(gelation),生物体自组织聚集,以及颗粒类物质(granular material)运动产生的规则图案等.这些现象在软物质物理研究中产生了很多重要结果.文章以比较浅显的文字介绍这些软物质物理中的非平衡自组织现象.     

核磁共振技术在生物研究中的应用

核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)是以原子核自旋的共振跃迁为探测对象的谱学方法.当自旋量子数不为零的原子核处于外磁场中时,会引起能级的Zeeman分裂.若再施加能量等于Zeeman能级差的射频场,则会诱发原子核自旋的共振跃迁,这种现象即为核磁共振.核自旋的共振频率与原子的类型有关,且受原子所处化学和物理环境的影响.此外,NMR能量较低,不会影响探测对象(常为分子)的状态.因此,NMR能够在无损条件下提供多种具有原子和分子分辨的物质组成、结构、形态、动态变化等丰富信息.     

磁性测量讲座 第二讲 研究磁结构的实验方法(Ⅱ)

三、核磁共振(NMR)和穆斯堡尔 效应(ME)[10-13] 核磁共振和穆斯堡尔效应都属于核技术.它们有共同的物理基础,都是研究物质中原子核处的局部电、磁场对核能级的影响.但是,核磁共振的跃迁发生在由于塞曼效应核基态劈裂而成的次能级之间,而穆斯堡尔效应是在原子核基态与激发态能级     

核磁共振法测定RDX标准物质中残余溶剂含量

用核磁共振波谱技术对纯度标准物质黑索金(RDX)中残余溶剂进行了定性分析,确定了RDX标准物质中含有残余溶剂丙酮.同时采用核磁共振内标法和免称法,分别对丙酮含量进行了定量分析.平行测定12次,内标法测定结果和测定相对标准偏差分别为0.0258%和2.27%;免称法测定结果和测定相对标准偏差分别为0.0248%和2.26%.     

流水式核磁共振实验系统介绍

简述了流水式核磁共振的原理,利用自制的流水式核磁共振实验装置测量了纯水的纵向驰豫时间、强磁场(检测场)的强度、弱磁场(空间场)的三维分量的大小,对章动现象进行了观察和解释.     

从核磁共振到激光

从量子电子学和激光物理的重要物理概念的历史发展中探讨了它与核磁共振的渊源关系,并揭示了核磁共振对量子电子学和激光发展所作的重要贡献,特别就原子系统与辐射场的共振相互作用的动力学过程,相互作用的相位相干和集体作用的重要性,原子能级布居数调控方法与实现布居数反转办法,谐振腔和回路在与辐射相互作用中的功能,以及相干瞬态现象的产生与解释等方面,说明了核磁共振所起的重要作用。本文为纪念凝聚态物质核磁共振诞生50周年而作。     

核磁共振医学成象

 长期以来,核磁共振现象主要用于化学分析中.核磁共振(NMR)波谱分析在医学上可用药物分析和生化分析.1958年,开始有人用NMR原理进行活体血流量测定.1971年美国纽约州立大学教授R.Damdian提出NMR用于医学诊断的可能性及其意义,化学家P.C.Lauterbut于1972年进一步指出NMR信号完全可以重建图象.同年,X线电子计算机断层成像(或称电子计算机体层摄影)技术正式宣告问世,这使医学诊断发生了革命性的飞跃.电子计算机断层成像简称为CT.核磁共振医学成像也采用先进的CT技术,称为核磁共振计算机体层摄影(NMR-CT).但它与X-CT在获取信息的原理方面全然不同,在图像重建方面有所相似,只不过NMR-CT比X-CT要复杂得多.     

固态高分子体系多尺度分子运动的核磁共振研究

固体核磁共振技术是研究固态高分子材料中结构和分子动力学的一种非常重要和有效的手段. 该技术的一个重要特点是可以通过合理的实验方法,实现对研究体系中从低频(Hz)到中频(kHz)乃至高频(MHz)范围内分子运动的观测. 因此,固体核磁共振技术非常适合研究高分子体系中各类不同尺度分子运动. 该文首先简要介绍核磁共振研究分子运动的基本原理和方法,以及固态高分子体系的结构和分子动力学特点,然后结合固态高分子体系中的一些例子对核磁共振在固态高分子多尺度分子运动方面的一些研究成果展开讨论.     

基于Bloch方程的核磁共振数值求解

核磁共振已成为分子科学、材料科学和生命科学等领域研究物质结构、动态过程及物理特性最有效的工具之一.本文将基于Bloch方程研究核磁共振现象及相关实验参数如共振频率和弛豫时间,同时对实验中常用的脉冲序列如Single Pulse,Inversion Recovery,Spin Echo,CPMG等进行系统模拟,揭示出不同脉冲序列的物理意义.     

大鼠脑组织含磷代谢物随年龄变化的NMR研究

随着人口老龄化的不断加剧,衰老相关疾病已成为全球关注的问题.神经系统功能的退行性改变居于衰老相关疾病的首位,其机制尚不明了.该文旨在通过核磁共振磷谱(~(31)P NMR)检测不同月龄大鼠脑组织中小分子物质的改变,明确能量相关的含磷化合物随大鼠年龄增长的变化,从而揭示脑组织中年龄相关代谢物的变化规律.该研究萃取了不同年龄(幼年、中年及老年)Sprague-Dawley(SD)大鼠脑组织中的小分子物质,进行了~(31)P NMR检测分析.结果显示:老年大鼠脑组织中能量代谢相关物质——磷酸肌酸的含量显著升高,而磷脂酰胆碱及磷酸肌醇含量显著降低,并且出现了磷酸化葡萄糖.这一发现有助于理解衰老相关的脑结构和功能下调,为神经退行性疾病的发生提供依据.     

布洛赫对核磁共振的早期研究

简述了布洛赫的生平,回顾了他由测量中子磁矩,进而实现凝聚物质中核磁共振和对核磁共振早期研究中的创新经历;论述了由冥思苦想得到灵感思维,不畏艰辛不辞劳苦,重视学科间交叉融合等是他成功的因素.     

2-酮基-L-古龙酸结构发生改变的核磁共振研究

发现并揭示了2-酮基-L-古龙酸在许多种溶剂中发生了结构改变,该物质在室温条件下,无需施加任何外力因素,分子中极易发生分子内成环结构变化:分子中的羰基(-C=O)双键断开变单键,形成了2,5位半缩醛五元环衍生物,使分子内出现了O-C-O基团,其标题化合物的核磁共振碳谱(13C NMR)羰基特征峰的化学位移(约200)变到了96,核磁共振2D HMBC异核相关谱,充分证明了2-酮基-L-古龙酸发生的分子内环合成衍生物的主要产物是五元环的2,5位半缩醛衍生物,而非六元环的2,6位半缩醛衍生物.     

大白鼠急性癫痫模型的DWI自身对照分析

用核磁共振成象方法研究了由印防已毒素(picrotoxin)诱发的大白鼠癫痫模型脑组织中水的双指数扩散现象.对模型诱发前后进行自身对照发现,在癫痫发作期间水扩散系数在全脑范围内特别在海马区和皮质区明显下降,同时快扩散部分的相对含量有所增加.本文根据核磁共振理论,对扩散系数的这种变化做了解释.此结果对于揭示癫痫发作的机制具有参考价值