NMR在药物分析及体内药物分析中的应用
摘要：本文结合核磁共振及核磁共振光谱法的相关概念，对核磁共振光谱分析法的特点及其在药物分析鉴定及体内药物分析中的操作，以及技术优势进行了分析，并通过实例分别展示了核磁共振技术在药物分析和体内药物分析中试验方法多，信息丰富和定量分析方法灵活等技术特点。说明了NMR在药物分析及体内药物分析中的重要作用。
关键词：核磁共振；定量分析法；药物分析；体内药物分析
一．核磁共振光谱法简介
在强磁场的诱导下，一些原子核能发生核自旋能级裂分，当用一定频率的电磁波照射分子时，便能引起原子核自旋能级的跃迁、这种原子核在磁场中吸收一定频率的电磁波，而发生自旋能级跃迁的现象，称为核磁共振（NMR）。以核磁共振信号强度对照射频率（或磁场强度）作图，所得谱图称为核磁共振波谱（NMR spectrum）[1]。利用核磁共振波谱来结构测定、定性及定量分析的方法称为核磁共振光谱法（NMR spectroscopy）。核磁共振以强大的结构解析能力确定了其在现代仪器分析中的地位，而共振谱线强度与谱线诱发核子个数成正比是核磁共振实验设计和核磁谱学结构解析的重要依据之一。药学既是推动核磁共振进步的推手，更是核磁共振技术发展的最大受益者。
二．核磁共振光谱分析法在药物分析中的应用
1.核磁共振用于药物鉴定分析具有以下优势[2]：
1.1样品制备方法简单：NMR样品预处理环节少，便于质控，因为制样成本低、样品污染和丢失的风险小；
1.2鉴定和检测的同步性:在一些常规药物分析检测过程中物质的鉴定和定量检测是两
个分立的环节，而NMR实验可以同时提供物质结构和含量信息，制备一个样品即能完成对样品中物质的鉴别和含量的测定，因而核磁共振技术是一种高效快速的检测手段；
1.3对有机物的普适性：核磁共振实验是一种无偏向性的测试方法，可以实现混合物中多个组分的同时鉴定分析，为定量分析中基准物的选择提供了较为宽松的空间；
1.4异构体分析能力强：核磁共振对异构体独特的识别能力是许多测试技术所不能比拟的。此外，作为一种“无损伤”和低消耗的检测技术，核磁共振测试过程中除了样品制备
试剂之外，几乎不需要其他额外耗材，且样品可以无损回收，因而核磁共振属经济型和环境友好型检测技术。
2.定量和定性分析方法：NMR图谱中，可获得化学位移、偶合常数、共振峰面积或峰高。化学位移和偶合常数是结构测定的重要参数；而共振峰面积或峰高是定量分析的依据。共振峰面积或峰高直接与被测组分的含量成正比。定量分析时，一般只对该化合物中某一指定基团上质子引起的峰面积或峰高与参比标准中某一指定基团上质子引起的
峰面积进行比较，即可求出其绝对含量。当分析混合物时，也可采用其各个组分的各自指定基团上质子产生的吸收峰强度进行相对比较，然后求得相对含量。因此，在测量峰面积或峰高以前，必须了解化合物的各组成基团上质子所产生共振峰的相应位置，也就是它们的化学位移值（值），并选择一个合适的峰作为分析测量峰。
3.常用的NMR定量分析方法有：
3.1 内标法（绝对测量法）：在样品溶液中，直接加入一定量内标物质后，进行NMR光谱测定。将样品指定基团上的质子引起的共振峰（即吸收峰）面积与由内标物质指定基团上的质子引起的共振峰面积进行比较，当样品与内标均经精密称重时，则样品的绝对重量(Wu)可由下式求得：W u/W s=A u·EW u/ A s·EW s—— W u=W s·A u·EW u/ A s·EW s式中：Au为样品测得和峰面积（不少于5次测定的平均值）；A s为内标物测得的峰面积（不少于5次测定的平均值）；EW u为样品在该化学位移处的质子当量；EW s为内标在该化学位移处的质子当量。若样品重为W，则百分含量=W u/W ×100%
对内标物要求：(1)最好能产生单一的共振峰，在扫描的磁场区域中，参比共振峰与样品峰的位置至少有30Hz的间隔；(2)应溶于分析溶剂中；(3)应有尽可能小的质子当量(EW s)；
(4)不应与样品中任何组分相互作用。常用的内标物有：苯或苯甲酸苄酯（在5.3ppm处，由C6H5COOCH2-C6H5中的-CH2所致），适用于非芳香化合物；马来酸，适用于非链烯型化合物。
3.2 相对测量法：当不能获得样品的纯品或合适的内标时，可用相对测量法进行分析。操作方法与内标法相同。计算相对含量是以样品指定基团上一个质子引起的吸收峰面积(A1/n1)和杂质指定基团上一个质子引起的吸收峰面积(A2/n2)进行比较，然后按下式计算样品与该杂质的相对百分含量：
样品的相对百分含量={(A1/n1/[(A1/n1)+(A2/n2)]}×100%
式中，n1和n2是指定基团的质子数。本法适用于含有一、二种杂质的样品的分析。3.3 外标法：欲测样品中某一组分的含量，可采用该组分的标准品做成一系列不同浓度
的标准液，使样品液浓度在其范围内，然后进行NMR测定，由所得图谱中某一指定基团上质子引起的峰面积对浓度作图，即得标准品的校正曲线。在平行条件下，测定样品溶液组分指定基团上质子的峰面积，即可由校正曲线求得样品的浓度。
3.4 峰高或峰位测量法：结构相似的混合物样品（如互为异构体），由于其NMR峰分离效果不好，用峰面积定量法不能精确测定，误差较大，此时可考虑采用峰高测量法或峰位测量法。
3.4.1峰高测量法：是基于峰高与样品中有关核的浓度成正比，各组分之间的峰高比只取决于样品的百分组成，而与样品的多少和仪器的性能无关。测定某一对异构体时，先用异构体I和II的纯品配成溶液，再用质子快速交换简化光谱。由简化的NMR光谱可知两异构体的吸收峰互不干扰；可测出各自峰高。两者摩尔数M I+M II=1，若两者的峰高为H I和H II，则：H I=M I×C I=（1-M II）C I；H II=M II×C II；两式中，C I和C II是异构体I 和II的峰高系数，为已知，H I和H II可测得。据此可求得M I和M II。
3.4.2峰位测量法：当样品中两种组分之间具有可进行质子快速交换的基团时，经质子快速交换后，原来两种组分基团的信号合并，在NMR光谱上得到单一信号，此峰的化学位移与两组分的摩尔分数有线性关系，因此，测出混合物的化学位移，可直接求出二组分的混合比例。如有机胺及其盐的N-CHa上的质子可以进行质子快速交换，可用NMR 法定量测定有机胺酸性水溶液的氯仿提取液中游离胺及其盐的比例。混合物中N-CHa
的化学位移(m)可按下式计算：m=b+(a-b)Xa 式中b和a为纯的游离胺及其盐的化学位移，Xa为盐的摩尔分数。以m对Xa或Xb（游离胺的摩尔分数）作图，应呈直线关系。因此可先用纯品配成已知组成比例的混合物，测得其 m并作出校正曲线后，再测得未知混合物的 m，即可由校正曲线求得Xa或Xb。
4.下面以两个实例说明NMR spectroscopy在药物分析中的应用：
4.1 核磁共振波谱法测定药物基准物质的绝对含量[3]：以环丙沙星、安妥沙星、卡德沙星、加替沙星、左氧氟沙星、氧氟沙星、诺氟沙星、依诺沙星和洛美沙星9 种喹诺酮类抗生素化学对照品为例，其中安妥沙星和卡德沙星为国家一类新药，采用重水，氘代二甲基亚砜或氢氧化钠的重水溶液为溶剂，对苯二酚或顺丁烯二酸为内标，用喹诺酮母核上的质子峰进行定量，以内标法和外标法计算含量。核磁共振法测定结果与各对照品标签示值的误差约为1 % 内标法和外标法的计算结果一致，该方法专属、准确、简便、快速，适用于对药物基准物质绝对含量的测定。
4.2 核磁共振在天然药物分析中的应用[4]：以18β-甘草次酸为原料，合成了一种新的甘草次酸盐类衍生物—精氨酸甘草次酸，利用1HNMR、13C NMR、DEPT、1H-1H COSY、HMOC、HMBC 等1D 和2D NMR 技术对其碳和氢质子信号进行了全归属，并通过与两种原料化合物核磁共振谱数据的对比，揭示了该成盐反应的作用机制和产物的结构类型。
4.3 核磁共振技术在药物鉴别中的应用[5]：USP32中，肝素钠和肝素钙用重水作溶剂，采用1H-NMR广谱，用标准对照法进行鉴别；伊诺肝素钠采用13C-NMR谱进行鉴别。BP2009中促性腺激素释放激素类似物布舍瑞林和戈舍瑞林，以及人工三文鱼油均采用NRM方法鉴别。
二．核磁共振光谱分析法在体内药物分析中的应用
1.优势：核磁共振（NMR）在体内药物分析中，可用于药物及其代谢物的结构鉴定、代谢途径归属、定量分析以及药物与内源性物质相互作用的研究等。与其它分析方法相比，具有如下优点：简便性，无损伤性；连续性；高分辨性；多目标性。
2.应用：1H-NMR 已广泛用于体内药物分析。已报道的有：氨苄青霉素、布洛芬、硝苯地平、阿司匹林、美西律等的体内样品分析。Connor等用高分辨1H-NMR（400MHz）研究了大鼠静注羟氨苄青霉素后24h内尿样中药物的代谢情况。实验用自旋回波技术，消除内源性物质的干扰，增强了测定的灵敏度。尿样中共振信号在0.5～1.7ppm范围内的两组峰为青霉素结构噻唑环C2上的一对偕甲基信号，分辨清晰，测得主要代谢物为5R，6R和5S，6R青霉素与二酮哌嗪。
Murphy等用质子去偶及NOE增益19F-NMR监测接受化疗病人的肝脏中5-FU及其代谢物（FBAL）。Campbell等利用NMR无损伤特性及表面线圈技术，测定了不同剂量抗菌素3-氟甲基青霉素V衍生物在活体SD大鼠体内的药物浓度。将静脉注药后的麻醉鼠置于表面线圈中，用19F-NMR测定鼠膀胱内尿样及胸内药物浓度。
Ogiso等用13C-NMR探讨了脂肪酸对普萘洛尔透皮吸收的影响。实验结果表明：与月桂酸酰胺及甲酯化合物相比，与月桂酸对普萘洛尔透皮吸收的增强作用显著。普萘洛尔制剂中加入月桂酸后，血浆中普萘洛尔浓度明显提高。
三．结论
核磁共振法以其重现性好、特征性强等优点已成为药物研究的重要手段。随着天然药物生产领域的发展，核磁共振作为质量控制的手段已得到重视，并逐渐地应用于实践。总之，核磁共振无疑会给天然药物研究带来巨大的推动作用。
参考文献
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核磁共振技术及应用-综述-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
核磁共振技术及应用 学号：2011201373 姓名：杨海源 摘要:综述核磁共振技术的基本原理与优势以及该技术作为一种检测分析手段在生物医药、食品、化工业中的应用进展。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。其最基本原理是，原子核在磁场中受到磁化， 自旋角动量发生进动，当外加能量（射频场）与原子核震动频率相 同时，原子核吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号。此方法专属性强、准确快捷, 可与其它方法相互补充, 用于诸多环节且有很 好的应用前景。但在实际的应用中也还存在一些问题, 有待于进一步深入研究。 关键词:核磁共振技术，NMR，生物，食品，石油，分析，检测 Abstract The technology of nuclear magnetic resonance( NMR ) applying in biological medicine,food,chemical industry detection at home and abroad was summarized. The most basic principles of nuclei by magnetized in a magnetic field , the spin angular momentum precession , plus energy nuclei vibration frequency at the same time , the nuclei absorb energy level transition occurs , resonance absorption signal. According to current situation, it has some advantages in food detect ion such as fastness, accuracy, intactness. However, there are still some shortcomings, and we should further research to solve them in future. 1.前言
核磁共振仪的发明 核磁共振仪广泛用于有机物质的研究，化学反应动力学，高分子化学以及医学，药学和生物学等领域。20年来，由于这一技术的飞速发展，它已经成为化学领域最重要的分析技术之一。 早在1924年，奥地利物理学家泡里就提出了某些核可能有自旋和磁矩。"自旋"一词起源于带电粒子，如质子、电子绕自身轴线旋转的经典图像。这种运动必然产生角动量和磁偶极矩，因为旋转的电荷相当于一个电流线圈，由经典电磁理论可知它们要产生磁场。当然这样的解释只是比较形象的比拟，实际情况要比这复杂得多。 原子核自旋的情况可用自旋量子数I表示。自旋量子获得，质量数的原子序数之间有以下关系： 质量数原子序数自旋量子数（I） 奇数奇数或偶数1/2, 3/2 , 5/2…… 偶数偶数0 偶数奇数1，2，3…… 1>0的原子核在自旋时会产生磁场；I为1/2的核，其电荷分布是球状；而I≥1的核，其电荷分布不是球状，因此有磁极矩。 I为0的原子核置于强大的磁场中，在强磁场的作用下，就会发生能级分裂，如果用一个与其能级相适应的频率的电磁辐射时，就会发生共振吸收，核磁共振的名称就是来源于此。 斯特恩和盖拉赫1924年在原子束实验中观察到了锂原子和银原子的磁偏转，并测量了未成对电子引起的原子磁矩。 1933年斯特恩等人测量了质子的磁矩。1939年比拉第一次进行了核磁共振的实验。1946年美国的普西尔和布少赫同时提出质子核磁共振的实验报告，他们首先用核磁共振的方法研究了固体物质、原子核的性质、原子核之间及核周围环境能量交换等问题。为此他们两位获得了1952年诺贝尔物理奖。50年代核磁共振方法开始应用于化学领域，1950年斯坦福大学的两位物理学家普罗克特和虞以NH 4NO3水溶液作为氮原子核源，在测定14N的磁矩时，发现两个性质截然不同的共振信号，从而发现了同一种原子核可随其化学环境的不同吸收能量的共振条件也不同，即核磁共振频率不同。这种现象称为"化学位移"。这是由于原子核外电子形成的磁场与外加磁场相互作用的结果。化学位移是鉴别官能团的重要依据。因为化学位移的大小与键的性质和键合的元素种类等有密切的关系。此外，各组原子核之间的磁相互作用构成自旋--自旋耦合。这种作用常常使得化学位移不同的各组原子核在共振吸收图上显示的不是单峰而是多重峰，这种情况是由分子中邻近原子核的数目，距离用对称性等因素决定，因此它有助于提示整个分子的。 由于上述成果高分辨核磁共振仪得以问世。开始测量的核主要是氢核，这是由于它的核磁共振信号较强。随着仪器性能的提高，13C，31P，15N等的核也能测量，仪器使用的磁场也越来越强。50年代制造出IT（特拉斯）磁场，60年代制造出2T的磁场，并利用起导现象制造出5T的起导磁体。70年代造出8T磁场。现在核磁共振仪已经被应用到从小分子到蛋白质和核酸的各种各样化学系统中。
核磁共振技术及其在食品分析检测中 的应用 The Technology of Nuclear Magnetic Resonance and Its Application in food analysis and detection
摘要 核磁共振分析技术是利用物理原理, 通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质.它不破坏被测样品的内部结构, 是一种无损检测方法. 本文重点介绍了核磁共振技术的原理及其在食品中的水分、油脂、玻璃态转变、碳水化合物、蛋白质及品质鉴定等方面的研究进展。 关键词：核磁共振技术；应用；食品；分析；检测。
Abstract The technology of nuclear magnetic resonance analysis can be used to determine the structure and the nature of molecules and it is a nondestructive test. This article introduces briefly its principles and its application in food detection was summarized in the aspect of moisture, oil, glass transition, carbohydrate, protein and quality detection. Keywords: technology of the nuclear magnetic resonance; application; food;analysis;detection.
核磁共振技术的应用 一、简介： 19世纪人们致力于探索化学分子的性质，化学反应第一次能被预言，由此导致了化学工业前所未有的发展。 20世纪上半叶的量子力学革命，使人们能理解分子结构的起因并能计算分子的电子结构。化学键从一系列规则发展成为具有坚实基础的可靠理论。20世纪下半叶，量子力学知识最终得到充分的利用。人们很快认识到：通过紫外、可见、红外光谱区的光谱，分子的分立能级之间的跃迁对于分子的鉴定是非常特征的。同时也认识到X射线衍射对晶体物质分子结构鉴定的重要性。与此同时，质谱成为确定分子的结构学和连接顺序的强有力的方法。最后，核磁共振被认为是研究分子性质的最通用，最权威的技术：从三维结构到分子动力学、化学平衡、化学反应和超分子集体。 在以往的50年里，光谱学已经全然改变了化学家、生物学家、生物医学家、材料学家、药学家等的日常工作。光谱技术成为探究大自然中分子内部秘密的最可靠、最有效的手段之一，它们在将来的科学和技术发展中仍将必不可少。 建立在（光）波谱学基础上的结构鉴定是化学和物理的边缘科学，是化学的前沿学科之一。NMR波谱学是物理学、化学以及生命科学等多学科研究物质成分、结构和动态强有力的常规工具。它对有机化学、生物化学、材料化学、植物化学、药物化学乃至物理化学、无机化学等均起着积极的推动作用。它在药学、化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质国防、环保、纺织及其它工业部门用途日益广泛。波谱学有很强的理论性，也有很高的应用性，快速、灵敏、准确是它的应用特点。 波谱学中的核磁共振是1946年由美国斯坦福大学F. Bloch和哈佛大学E. M. Purcell 各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多年来，核磁共振不仅形成为一门有完整理论的新兴学科———核磁共振波谱学，而且，在这50年间已有12位科学家因对核磁共振的杰出贡献而获得诺贝尔奖。 现在，核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深入到物质内部而不破坏样品，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用，在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振这个名词，包括我们在日常生活中熟悉的大集团。而且它在化工、石油、橡胶、建材、食品、冶金、地质、国防、环保、纺织及其它工业部门用途日益广泛。已经从物理学渗透到化学、生物、地质、药学、医学、农业、环境、矿业、脑科学、量子计算机、纳米材
科技信息 核磁共振（ＮｕｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅ，简称ＮＭＲ）是交变磁场与物质相互作用的一种物理现象，最早于１９４６年被Ｂｌｏｃｈ和Ｐｕｒｃｅｌｌ等人用实验所证实［１］。核磁共振的发现具有十分重要的意义，不仅为量子力学的基本原理提供了直接的验证，而且为多个学科领域的研究提供了一种不可或缺的分析与测量手段。他们二人由于这项重大发现，共同分享了１９５２年的诺贝尔物理奖。 最初的核磁共振技术主要用于核物理方面，现今已经被化学，食品，医学，生物学，遗传学以及材料科学等领域广泛采用，已经成为在这些领域开展研究工作的有力工具。 在以往的半个世纪中，ＮＭＲ技术经历了几次飞跃。１９４５年ＮＭＲ信号的发现，１９４８年核磁弛豫理论的建立。１９５０年化学位移和耦合的发现以及１９６５年傅立叶变换谱学的诞生，迎来了ＮＭＲ的真正的繁荣期；自从７０年代以来，ＮＭＲ发展异常迅猛，形成了液体高分辨，固体高分辨和ＮＭＲ成像三雄鼎立的新局面。二维ＮＭＲ的发展，使得液体ＮＭＲ的应用迅速扩展到生物领域；交叉极化技术的发展，使５０年代就发明出来的固体魔角旋转技术在材料科学中发挥了巨大的作用；ＮＭＲ成像技术的发展，使ＮＭＲ进入了与人类生命息息相关的医学领域。 目前，ＮＭＲ技术已经成为研究高分子链结构的主要手段，对聚合物的构型，构象分析，立体异构的鉴定和序列分布，支化结构的长度和数量，共聚物和共缩聚物组成的定性，定量以及序列结构测定等均有独特的长处［２］。 核磁共振技术主要有两个学科分支：核磁共振波谱（Ｎｕ－ｃｌｅａｒＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）和磁共振成像（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ，简称ＭＲＩ）。核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的，主要用于测定物质的化学成分和分子结构［３］。核磁共振成像技术诞生于１９７３年，它是一种无损测量技术，可以用于获取多种物质的内部结构图像。由于核磁共振可获取的信息丰富，因此应用领域十分广泛，如分析化学、生命科学、材料检测、石油勘探和水资源探查等。 １核磁共振的基本原理 核磁共振是指原子核在外磁场作用下，其在能级之间共振跃迁的现象。原子核磁性的大小一般用磁矩μ表示，μ具有方向性，μ＝νｈＩ，ｈ是普朗克常数，Ｉ为自旋量子数，简称自旋。旋磁比ν实际上是原子核磁性大小的度量，ν值大表示原子核的磁性强，反之亦然。在天然同位素中，以氢原子核（质子）的ν值最大（４２．６ＭＨｚ／Ｔ），因此检测灵敏度最高，这也是质子首先被选择为ＮＭＲ研究对象的重要原因之一。 当把有磁矩的核（Ｉ≠０）置于某磁场中，该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动—— —拉莫尔进动，其频率由下式决定：ω＝２πν。式中ω为角频率，ν为拉莫尔进动频率。当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的核便吸收射频能，从低能态跃迁到高能态，此即核磁共振现象。没有自旋的原子核（Ｉ＝０）没有磁矩，这类核观察不到ＮＭＲ信号，如１４Ｃ，１６Ｏ，３２Ｓ等，Ｉ＝１／２的原子核是ＮＭＲ中研究得最多的核，如：１Ｈ，１３Ｃ，１９Ｆ，１５Ｎ等。 原子核的角动量通常称为核的自旋，是原子核的一个重要特性。由于原子核由质子和中子组成，质子和中子是具有自旋为１／２的粒子，它们在核内还有相对运动，因而具有相应的轨道角动量。所有核子的轨道角动量和自旋角动量的矢量和就是原子核的自旋。原子核自旋角动量ＰＩ，遵循量子力学的角动量规则，它的大小为：ＰＩ＝［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２ｈＩ为整数或半整数Ｉ是核自旋量子数。原子核自旋在空间给定Ｚ方向上的投影ＰＩＺ为：ＰＩＺ＝ｍＩｈ，ｍＩ＝Ｉ，Ｉ－１，…，－Ｉ＋１，－Ｉ其中ｍＩ叫磁量子数。实验发现，所有基态的原子核的自旋都满足下面的规律：偶Ａ核的自旋为整数，其中，偶偶核（质子数和中子数都是偶数）的自旋都为零；奇Ａ核的自旋都是半整数。核子是费米子，因此，核子数Ａ为偶数的原子核是玻色子，遵循玻色—— —爱因斯坦统计；核子数Ａ为奇数的原子核是费米子，遵守费米—— —狄拉克统计。原子核磁矩原子核是一个带电的系统，而且有自旋，所以应该具有磁矩。和原子磁矩相似，原子核磁矩μＩ和原子核角动量ＰＩ有关系式：μＩ＝μＮｇＩ［Ｉ（Ｉ＋１）］１／２μＺ＝ｍＩμＮｇＩ其中，ｇＩ称为原子核的朗德因子，μＮ＝ｅｈ／（２ｍｐ）＝５．０５０８×１０－２７Ｊ／Ｔ，称作核磁子。质子质量ｍｐ比电子质量ｍｅ大１８３６倍，所以核磁子比玻尔磁子小１８３６倍，可见原子核的磁相互作用比电子的磁相互作用弱得多。这个弱的相互作用正是原子光谱的超精细结构的来源。核磁共振由于原子核具有磁矩，当将被测样品放在外磁场Ｂ０中，则与磁场相互作用而获得附加的能量。Ｗ＝－μＩ?Ｂ０＝－ｍＩμＮｇＩＢ０，ｍＩ有２Ｉ＋１取值，即能级分裂成２Ｉ＋１个子能级，根据选择定则△ｍＩ＝±１，两相邻子能级间可以发生跃迁，跃迁能量：△Ｅ＝μＮ－ｇＩＢ０若其能级差△Ｅ与垂直于磁场方向上的电磁波光子的能量相等，则处在不同能级上的磁性核发生受激跃迁，由于处在低能级上的核略多于处在高能级上的核，故其净结果是低能级的核吸收了电磁波的能量ｈ＂跃迁到高能级上，这就是核磁共振吸收。该频率ｖ＝μＮｇＩＢ０／ｈ称为共振频率［４］。 ２核磁共振技术的实验装置 实现核磁共振可采取两种途径：一种是保持外磁场不变，而连续地改变入射电磁波频率；另一种是用一定频率的电磁波照射，而调节磁场的强弱。图１为核磁共振现象的装置示意图，采用调节入射电磁波频率的方法来达到核磁共振。样品装在小瓶中，并置于磁铁两极之间，瓶外绕有线圈，通有由射频振荡器输出的射频电流。于是，由线圈向样品发射电磁波。调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化，当频率正好与核磁共振频率吻合时，射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰，这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。 图１核磁共振实验装置示意图 核磁共振技术及应用研究进展 临沧师范高等专科学校数理系王东云 ［摘要］核磁共振分析技术是利用物理原理，通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质。 它不破坏被测样品的内部结构，是一种无损检测方法。本文重点介绍了核磁共振技术的原理及其在化学、生命科学中的应用。 ［关键词］核磁共振技术原理应用 基金项目：本文为临沧师范高等专科学校校级课题。 博士?专家论坛 ３５３ ——
电磁波成像 一、核磁共振成像技术分析 1.基本概况 核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI)，又称自旋成像(spin imaging)，也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，简称MRI)，台湾又称磁振造影，是利用核磁共振(nuclear magnetic resonnance，简称NMR)原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。 将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。 2.检测设备及原理 核磁共振谱仪是专门用于观测核磁共振的仪器，主要由磁铁、探头和谱仪三大部分组成。磁铁的功用是产生一个恒定的磁场；探头置于磁极之间，用于探测核磁共振信号；核磁共振谱仪是将共振信号放大处理并显示和记录下来。采用调节频率的方法来达到核磁共振。由线圈向样品发射电磁波，调制振荡器的作用是使射频电磁波的频率在样品共振频率附近连续变化。当频率正好与核磁共振频率吻合时，射频振荡器的输出就会出现一个吸收峰，这可以在示波器上显示出来，同时由频率计即刻读出这时的共振频率值。 3.核磁共振成像优缺点 磁共振成像的最大优点是它是目前少有的对人体没有任何伤害的安全、快速、准确的临床诊断方法。如今全球每年至少有6000万病例利用核磁共振成像技术进行检查。具体说来有以下几点优点： 1.对软组织有极好的分辨力。对膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉等部位的检查优于CT；
核磁共振及其应用 发布范围：公开2010-02-03 16:26 核磁共振现象是由美国科学家柏塞尔 (E.M.Purcell)和瑞士科学家布洛赫(E.Blo ch)于1945年12月和1946年1月分别独立 发现的。他们共享了1952年诺贝尔物理学 奖。 核磁共振(nuclear magnetic resonan ce)是原子核的磁矩在恒定磁场和高频磁场同时作用，且满足一定条件时所发生的共振吸收现象，是一种利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于核信息的技术。50多年来，由核磁共振转化为探索物质微观结构和性质的高新技术已取得了惊人的进展。目前，核磁共振已在物理学、化学、材料科学、生命科学等领域得到广泛应用。 如同电子具有自旋角动量和自旋磁矩一样，核也具有自旋角动量和自旋磁矩。核自旋 即是原子核内所有核子的自旋角动量与轨道角动量的矢量和，其大小 ，其中I为核自旋量子数。在外磁场方向(设磁场沿z方向)的投影为 ，称为核自旋磁量子数,I一定时，有(2I +1)个取值。 自旋不为零的原子核有磁矩，它与核自旋的关系为，式中为质子的质量，称为核的朗德因子，它取决于核的内部结构与特性，且是一个无量纲的量。于是，旋磁比。 核磁子在外磁场(沿z轴)方向的投影
, 其中 称作核磁子。通常将取最大值I时的 称为核的磁矩，记作 (1) 这磁矩在空间的可能取向如图2所示，它位于核磁矩在外磁场(沿z轴)中旋进的锥面上。磁矩与磁场的相互作用能为 （2） 由于同一I下有(2I +1)个值，因而原来得一个核能级附加上相互作用能，将会有(2 I +1)个能量值，称为为子能级。相邻两个子能级的能量差(因其值相差为1)为 (3) 例如，氢核的基态核能级，在恒定磁场中的分裂情况如图3所示。 已知核磁矩在外磁场的作用下旋进，可以求得其旋进角速度为，若再在垂直于 的方向加一个频率在射频范围的交变磁场B (如图4所示)，当其频率与核磁矩旋进频
电子顺磁共振谱仪 童伟 (2009-09-06) 强磁场科学中心EPR 性能 仪器型号：EMX-10/12 plus 制造厂商：德国Bruker 公司 主要技术指标： 磁场强度：磁极距72mm 时，最大1.45T 扫场分辨率：128000点 微波频率：X-波段 9.2-9.8GHz 灵 敏 度：1.5×109自旋数/G 液氮变温：100K －700K 液氦变温：1.8K －300K 电子顺磁共振(electron paramagnetic resonance , EPR)又叫电子自旋共振(electron spin resonance , ESR)，于1945首次被Zavoisky 在固体中检测到。由于高灵敏度以及对被测对象无破坏和介入的特点，使得它成为理想的分析手段之一。事实上，现在EPR 已经被广泛应用到物理，化学，材料，生物和医学等许多领域。 1. 基本物理 电子顺磁共振是物质中彼此孤立或相互作用很小的未成对电子系统的共振现象，经典的描述方式把电子顺磁共振看成是自由电子磁矩，原子或分子磁矩绕恒定磁场的Larmor 进动。量子力学则描述为由恒定磁场下产生的Zeeman 分裂能级间的量子跃迁。 我们知道，电子具两种自旋量子态1/2s M =±，相应的自旋磁矩也有两种取向－向“上”和向“下”。这样在外加磁场下0B (磁场方向为向上)，就形成两个能级为 0012 B s B E g B M g B μμ==± (1.1) 其中g 是朗德因子，B μ是波尔磁子。1/2s M =-对应自旋磁矩平行于外场能量低， 图 1 自旋态能量随外加磁场变化示意图。
图 3 EPR 共振信号。 1/2s M =+对应自旋磁矩反平行于外场能量高。微波可以看成光量子，能量为E h ν=，当微波的能量等于两个自旋态能级差时就发生共振吸收，即 0B h g B νμ= (1.2) 因此对于自由电子自旋，产生电子顺磁共振的角频率为0/(2)B νγπ= ，旋磁比 1111/ 1.7608610e B g rad s T γμ--=-=-???。 由1.2式可以知道，有两种方式来获得共振信号。一种是固定频率，扫场；一种是固定磁场扫频率。商业的EPR 谱仪一般是前者。图一是Zeeman 分裂的能级差随外磁场变化以及共振吸收示意图。 在实际的研究对象中，未成对电子自旋的主要来源有两大类：（1）过渡金属离子或原子，它们具有未填满的d 电子或f 电子壳层，这些离子（原子）称为顺磁离子（原子）。（2）金属或半导体中的导电电子，有机物的自由基，晶体缺陷（如位错）和辐照损伤（如色心）的外层电子或共有化电子。这些电子不再是自由电子，所要满足的共振条件仍是1.2式，不过g 因子不再是自由电子的值，磁场项将包括样品内的等效内场项。这些变化正是需要分析研究的内容。简单来说，研究掺杂顺磁离子的晶体的顺磁共振波谱，可以获得顺磁离子的基态能谱，顺磁离子所在晶位的点对称性，顺磁离子的驰豫以及基质晶体的相变等信息。研究半导体中的施主和受主杂志，顺磁离子掺杂，辐照损伤和晶体缺陷引起的电子顺磁共振可以得到有关半导体能带结构和导电机制的资料。在化学中，自由基或三重态分子具有短寿命，化学活性高，不稳定等特点，电子顺磁共振不仅可以检测它们的存在，测定它们的浓度或含量，确定未成对电子云密度在自由基分子中的分布情况等，并且在研究过程中不改变或不破坏自由基本身。从顺磁共振的超精细分裂还可以获得原子核处或其附件的电子自旋密度及顺磁离子配位络合物的共价键信息。 2. 仪器结构和信号 图2是电子顺磁共振系统的基本结构。其中微波源可以是固态的或电子调速管。商业的 仪器如Bruker 的EPR 系统通常将微波源，隔 离器，衰减器，探测器以及锁相放大器这些信 号产生和测量部件集成一个盒子里称为微波 图 2 电子顺磁共振谱仪基本组成的图示。
南昌航空大学课程论文 课程名称无损检测新技术 题目核磁共振成像检测技术 作者刘海朝 学号 10081213 所属学院测试与光电工程学院 写作时间 2013年12月
目录 一、核磁共振成像原理 ·····························错误！未定义书签。 二、核磁共振国内外研究现状 (3) 三、核磁共振设备组成及运用 (7) 四、核磁共振的未来发展趋势 (9) 五、参考文献··············································错误！未定义书签。
核磁共振检测技术 《一》、核磁共振原理 核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging，简称NMRI），又称自旋成像（spin imaging），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，简称MRI），台湾又称磁振造影，是利用核磁共振（nuclear magnetic resonnance，简称NMR）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。 将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。 物理原理 核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的，MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。通过一个磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画，由头顶开始，一直到基部。 核磁共振成像是随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。医生考虑到患者对“核”的恐惧心理，故常将这门技术称为磁共振成像。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经电脑处理而成像的。
核磁共振技术在医学领域的运用前景分析 发表时间：2018-05-29T17:24:00.410Z 来源：《健康世界》2018年6期作者：唐光荣 [导读] 本文简单介绍了核磁共振技术的基本原理以及其在化学、医学领域的不同运用情况，以及优势所在 唐光荣 文山州疾病预防控制中心云南文山 663099 本文简单介绍了核磁共振技术的基本原理以及其在化学、医学领域的不同运用情况，以及优势所在，并对这项技术在精神卫生领域的发展前景进行分析和预测。核磁共振波谱法是化学运用中重要的一种波谱学。目前，与核磁共振技术的研究已经获得了五次诺贝尔奖，可见核磁共振技术在科学研究工作中占有举足轻重的地位，从1993年制出第一台核磁共振谱仪以来，核磁共振技术获得了飞速的发展，运用领域得到广泛发展，在医学领域也通过这一技术进行对人体进行分析和诊断，帮助医生快速找到病灶，从而对症下药。 一、技术背景 二十世纪三十年代，伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。1946年，费利克斯·布洛赫和爱德华·珀塞尔发现，将具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理学奖。 人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术从最初的一维氢谱（1H NMR）发展到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强，进入1990年以后，发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。另一方面，医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象，利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息，从而精确绘制人体内部结构，在这一理论基础上，1969年纽约州立大学南部医学中心的达马迪安通过测核磁共振的弛豫时间成功地将小鼠的癌细胞与正常组织细胞区分开来，在达马迪安新技术的启发下纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特伯于1973年开发出了基于核磁共振现象的成像技术（MRI），并且应用设备成功地绘制出了一个活体蛤蜊的内部结构图像。劳特伯尔之后，MRI技术日趋成熟，应用范围日益广泛，成为一项常规的医学检测手段，广泛应用于帕金森病、多发性硬化症等脑部疾病，脊椎病变以及癌症的诊断。 二、技术原理 核磁共振波谱法是化学运用中最重要的一种谱学。它是通过研究处于强磁场中的原子核对射频辐射的吸收进而获得有关化合物分子结构信息的办法。原子核由质子和中子组成，不同的核有不同的自旋量子数I，凡I值非零的原子核即具有自旋角动量P，由于原子核是带正电粒子，故自旋可导致核电荷作循环运动，产生一定的磁场，同时产生磁矩μ，则存在以下公式：μ=γ*P式中，γ成为磁旋比，是原子核的重要属性，每种核都有其特定值，该值越大，则其磁性越强，检测的灵敏度越高，信号越易被观察，在天然同位素中H核的γ最大，故其被作为首选研究对象。 MRI是一台巨大的圆筒状机器，主要有三大基本构件组成，即磁体部分、磁共振波谱仪部分、数据处理和图像重建部分，主磁体用以提供强大的静磁场，而且要求较大的空间范围（能容纳病人），保持高度均匀的磁场强度；磁共振波谱仪主要包括射频发射部分和一套磁共振信号的接收系统；在数据处理和图像重建部分中，磁共振信号首先通过变换器变为数字量，并存入暂存器。图像处理机按所需方法处理原始数据，获得磁共振的不同参数图像，并存入图像存储器能在受检者的周围制造一个强烈磁场区的环境，借由无线电波的脉冲撞击身体细胞中的氢原子核，改变身体内氢原子的排列，当氢原子再次进入适当的位置排列时，会发出无线电讯号，此讯号借由电脑的接收并加以分析及转换处理，可将身体构造及器官中的氢原子活动，转换成2D影像，因MRI运用了生化、物理特性来区分组织，获得的影像会比电脑断层更加详细。 三、目前在医学领域的运用 人体内含有丰富的水，不同的组织，水的含量也各不相同，如果能够探测到这些水的分布信息，就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像，核磁共振成像技术就是通过识别水分子中氢原子信号的分布来推测水分子在人体内的分布，进而探测人体内部结构的技术。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向会提供两个相互垂直的梯度磁场，这样在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化，每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场，这样，位于人体不同部位的氢原子就会对不同的射频场信号产生反应，通过记录这一反应，并加以计算处理，可以获得水分子在空间中分布的信息，从而获得人体内部结构的图像。 MRI所获得的图像非常清晰精细，大大提高了医生的诊断效率，避免了创伤性探查诊断的手术。由于MRI不使用对人体有害的X射线和易引起过敏反应的造影剂，因此是相对安全环保的检查。MRI可对人体各部位多角度、多平面成像，其分辨力高，能更客观更具体地显示人体内的解剖组织及相邻关系，对病灶能更好地进行定位定性。由此指导更为精确的手术和放射治疗，尤其是早期肿瘤的诊断有很大的价值。医学领域中的第一台 MRI 设备是上世纪 80年代初研发出来后，到 2002 年，全世界使用的核磁共振成像仪共有两万多台，进行了约 6000万/人次的检查。同时，MRI 还可以替代部分血管造影检查，由于它不侵入人体，因而能减轻许多病人的痛苦，它图像反差好，密度层次分辨率高，对软组织尤其有用。由于MRI 装置是通过电子计算机来调节和控制三维的梯度场方向，不受机械方面的限制，这就完全自由地按医生需要随心所欲选择层面，获得任意层面的图像。由于它具有极大的灵巧性，能得到其它成像技术所不能接近或难以接近部位的图像，空间分辨率达1.0mm左右。 MRI的优点是可以直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像；不需注射造影剂；无电离辐射，对机体没有不良影响；缺点是带有心脏起搏器的患者或有某些金属异物的部位不能作MRI的检查，另外价格相对昂贵。 四、未来发展前景 人脑是如何思维的，一直是个谜，而且是科学家们关注的重要课题。而利用 MRI 的脑功能成像技术则有助于我们在活体和整体水平
核磁共振技术及应用 学号：2011201373 姓名：杨海源 摘要:综述核磁共振技术的基本原理与优势以及该技术作为一种检 测分析手段在生物医药、食品、化工业中的应用进展。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。其最基本原理是，原子核在磁场中受到磁化，自旋角动量发生进动，当外加能量（射频场）与原子核震动频率相同时，原子核吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号。此方法专属性强、准确快捷, 可与其它方法相互补充, 用于诸多环节且有很好的应用前景。但在实际的应用中也还存在一些问题, 有待于进一步深入研究。 关键词:核磁共振技术，NMR，生物，食品，石油，分析，检测 Abstract The technology of nuclear magnetic resonance( NMR ) applying in biological medicine,food,chemical industry detection at home and abroad was summarized. The most basic principles of nuclei by magnetized in a magnetic field , the spin angular momentum precession , plus energy nuclei vibration frequency at the same time , the nuclei absorb energy level transition occurs , resonance absorption signal. According to current situation, it has some advantages in food detect ion such as fastness, accuracy, intactness. However, there are still some shortcomings, and we should further research to solve them in future. 1.前言
核磁共振 300兆赫（針對氫核）的磁振頻譜儀 核磁共振（NMR，Nuclear Magnetic Resonance）是基於原子尺度的量子磁物理性質。具有奇數質子或中子的核子，具有內在的性質：核自旋，自旋角動量。核自旋產生磁矩。NMR觀測原子的方法，是將樣品置於外加強大的磁場下，現代的儀器通常採用低溫超導磁鐵。核自旋本身的磁場，在外加磁場下重新排列，大多數核自旋會處於低能態。我們額外施加電磁場來干涉低能態的核自旋轉向高能態，再回到平衡態便會釋放出射頻，這就是NMR訊號。利用這樣的過程，我們可以進行分子科學的研究，如分子結構，動態等。 核磁共振技术的历史 1930年代，伊西多·拉比（Isidor Rabi）发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。1946年，費利克斯·布洛赫（Felix Bloch）和愛德華·米爾斯·珀塞耳（Edward Mills Purcell）发现，將具有奇数个核子（包括质子和中子）的原子核置於磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理学奖。 人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术从最初的一维氢谱发展到13C谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强，进入1990年代以后，发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。 另一方面，医学家们发现水分子中的氢原子可以产生核磁共振现象，利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息，从而精确绘制人体内部结构，在这一理论基础上1969年，纽约州立大学南部医学中心的达马迪安通过测核磁共振的弛豫时间成功的将小鼠的癌细胞与正常组织细胞区分开来，在达马迪安新技术的启发下纽约州立大学石溪分校的物理学家保罗·劳特伯尔于1973年开发出了基于核磁共振现象的成像技术（MRI），并且应用他的设备
核磁共振成像技术原理及国内外发展 核磁共振成像（Nuclear Magnetic Resonance Imaging?，简称NMRI?），又称自旋成像（spin imaging?），也称磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging?，简称MRI?），是利用核磁共振（nuclear magnetic resonnance?，简称NMR?）原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像。 将这种技术用于人体内部结构的成像，就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用，大大加快了核磁共振成像的速度，使该技术在临床诊断、科学研究的应用成为现实，极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。 核磁共振成像是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核（即H+）发生章动产生射频信号，经计算机处理而成像的。原子核在进动中，吸收与原子核进动频率相同的射频脉冲，即外加交变磁场的频率等于拉莫频率，原子核就发生共振吸收，去掉射频脉冲之后，原子核磁矩又把所吸收的能量中的一部分以电磁波的形式发射出来，称为共振发射。共振吸收和共振发射的过程叫做“核磁共振”。核磁共振成像的“核”指的是氢原子核，因为人体的约70%是由水组成的，MRI即依赖水中氢原子。当把物体放置在磁场中，用适当的电磁波照射它，使之共振，然后分析它释放的电磁波，就可以得知构成这一物体的原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的精确立体图像。通过一个磁共振成像扫描人类大脑获得的一个连续切片的动画，由头顶开始，一直到基部。 核磁共振成像是随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发
核磁共振成像仪 核磁共振成像仪概述核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。核磁共振成像仪就是因这项技术而产生的仪器。它是继CT后医学影像学的又一重大进步。自80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。核磁共振是一种物理现象，作为 一种分析手段广泛应用于物理、化学、生物等领域，到1973年才将它用于医学临床检测。为了避免与核医学中放射成像混淆，把它称为核磁共振成像技术发 展历史1930年代，物理学家伊西多•；拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的自旋方向 发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。 由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物理学奖。1946年，美国哈佛大 学的珀塞尔和斯坦福大学的布洛赫发现，将具有奇数个核子(包括质子和中子) 的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的射频场，就会发生原子核吸收射频 场能量的现象，这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理学奖。人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途，早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究，如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等，化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响，发展出了核 磁共振谱，用于解析分子结构，随着时间的推移，核磁共振谱技术不断发展， 从最初的一维氢谱发展到碳谱、二维核磁共振谱等高级谱图，核磁共振技术解 析分子结构的能力也越来越强，进入1990年代以后，人们甚至发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术，使得溶液相蛋白质分子结构的精 确测定成为可能。后来核磁共振广泛应用于分子组成和结构分析，生物组织与 活体组织分析，病理分析、医疗诊断、产品无损监测等方面。20世纪70年代，脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了，它使13C谱的应用也日益增多。用核磁共 振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。 基本原理核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的运动。 根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的 具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋 量子数也不同：质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0；质量数 为奇数的原子核，自旋量子数为半整数；质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数。迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核
核磁共振的原理及其应用发展 摘要:核磁共振是能够深入到物质内部而不破坏被测量对象的一种分析物质构造的现代技术，它通过利用原子核在磁场中的能量变化来获得关于原子核的信息，具有迅速、准确、分辨率高等优点，因而在科研和生产中获得了广泛的应用。本文主要介绍了核磁共振技术的基本原理，以及核磁共振在化学化工、生物化学、医药等方面的应用，并指出核磁共振波谱技术将成为21世纪一个异常广阔的谱学研究领域. 关键词：核磁共振；NMR谱仪 引言 核磁共振( Nuclear Magnetic Resonance，NMR)波谱学是一门发展非常迅速的科学。核磁共振是根据有磁的原子核，在磁场的作用下会引起能级分裂，若有相应的射频磁场作用时，在核能级之间将引起共振跃迁，从而得到化学结构信息的一门新技术。最早于1946年由哈佛大学的伯塞尔(E. M. Purcell)和斯坦福大学的布洛赫(F. Bloch)等人用实验所证实[1]。两人由此共同分享了1952年诺贝尔物理学奖[2]。核磁共振技术可以提供分子的化学结构和分子动力学的信息，已成为分子结构解析以及物质理化性质表征的常规技术手段[3]，在物理、化学、生物、医药、食品等领域得到广泛应用，在化学中更是常规分析不可少的手段。从70年代开始，在磁共振频谱学和计算机断层技术等基础上，又发展起一项崭新的医学诊断技术，即核磁共振成像技术，并在医学临床上获得巨大成功。本文主要介绍了核磁共振技术及其在化学领域的应用进展。 1.核磁共振原理 泡利(W.Pauli)在1924年首先提出原子核具有磁矩，并认为核磁矩与其本身的自旋运动相联系，用此理论成功地解释了原子光谱的超精细结构[4]。核磁矩μ与核自旋角动量L之间的关系为：