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做核磁共振要注意什么?這7個問題,不妨事先了解一下
來源:科學(xué)10分鐘 時間:2022-01-11 19:31:04 瀏覽:4364次



生活中我們接觸到的最多的是醫(yī)院里的核磁共振設(shè)備,當(dāng)提及到我們的材料要做核磁共振的時候,相信很多同學(xué)都有些陌生。不必驚訝,醫(yī)院使用的是核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging,簡稱NMRI),屬于核磁共振的一個分支,而我們常見的材料表征的核磁共振是指Nuclear magnetic resonance,簡稱NMR。核磁共振廣泛應(yīng)用于物理學(xué)、化學(xué)、生物、藥學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科,可對材料的成分、結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性和定量分析。另外,核磁共振沒有放射性,所以對人體無害,是非常安全的。








1. 什么是核磁共振?

核磁共振簡言之就是利用磁場和電磁頻率來研究物質(zhì)的分子。在高磁場中,樣品被插入磁體中心磁場最強(qiáng)、磁體最均勻的位置,放入核磁探頭上。核磁探頭由線圈組成,用來激發(fā)樣本,記錄射頻響應(yīng)信號。原子核表現(xiàn)的像磁場中極小的磁體,它們像陀螺一樣圍繞主磁場旋轉(zhuǎn),這種移動叫做進(jìn)動。進(jìn)動頻率與磁場呈正比,通過改變分子中電子密度,引入了額外的局部場差異,電子密度越高,屏蔽效果越好,從而降低局域場和自旋頻率。在核磁共振中,激發(fā)的核自旋頻率可以從它們在線圈引起的電流測量,測量得到的時域信號再進(jìn)行傅里葉變換而得到化學(xué)位移。

 

2. 核磁是怎么工作的呢?

物質(zhì)的原子核在磁體里會產(chǎn)生磁矩,在一個非常強(qiáng)的磁場中它們會逐漸自旋對齊,但當(dāng)施加射頻脈沖的時候,自旋對齊的狀態(tài)將會被破壞,射頻脈沖施加結(jié)束后它們又會重新對齊,此時共振開始,共振的原始數(shù)據(jù)會呈現(xiàn)出衰減的波普形態(tài),而進(jìn)行傅里葉變換后就得到了物質(zhì)的化學(xué)位移。

 

3. 元素周期表中所有元素都可以測出核磁共振譜嗎?

不是。被測的原子核的自旋量子數(shù)不為0,自旋量子數(shù)最好為1/2, 且有較高的自然豐度。自然豐度低,靈敏度太低,峰信號較弱。自旋量子數(shù)大于1的原子核有電四極矩,峰型較為復(fù)雜。

表1 NMR常用同位素核有關(guān)物理參數(shù)

 

4. 為什么原子核在磁場中是極小的磁體可以轉(zhuǎn)動?

由于原子核是帶正電荷的,而帶電體的轉(zhuǎn)動必定會產(chǎn)生磁矩,因此每一自旋不為零的原子核本質(zhì)上可以看成是一個微觀磁矩,這就是原子核磁性的起源。

5. 為什么會產(chǎn)生信號?

核磁共振信號的產(chǎn)生現(xiàn)在普遍認(rèn)為是由于核磁吸收和核磁感應(yīng)。能量吸收的觀點認(rèn)為,在磁場中,自旋能級發(fā)生裂分,此時如果有電磁波施加在自旋系統(tǒng)上,當(dāng)其頻率與該能級間隔相匹配,就會誘發(fā)磁共振吸收。而磁感應(yīng)則是認(rèn)為當(dāng)磁場強(qiáng)度繞磁場旋進(jìn)時,線圈中的磁通量發(fā)生周期性的變化,而線圈中則可以記錄到振蕩頻率的交變電流。

6. 常用的核磁實驗有哪些呢?

核磁中最常見的是單脈沖一維1H譜實驗,一維13C譜實驗。當(dāng)然還可以利用核磁去檢測物質(zhì)的縱向弛豫時間(T1)和橫向弛豫時間(T2)。而對于較為復(fù)雜的高分子多糖、多肽、蛋白質(zhì)和酶等,常借助二維實驗COSY、TOCSY、NOESY、HSQC、HMBC等譜圖反應(yīng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)關(guān)系。

表2 常見二維核磁的功能

7.為什么得到的一維核磁譜圖上會出現(xiàn)峰的分裂?

這是由于多重態(tài)造成的。因為核自旋就像磁體,它們也影響它們的鄰居,其中一種方法是通過化學(xué)鍵中的共用電子(J耦合),每個自旋可以有兩種狀態(tài),平行或反平行于磁場,例如兩個亞甲基的自旋狀態(tài)不同可以組成三種能級不同的狀態(tài),而在核磁圖譜中這樣的甲基信號將會一分為三體現(xiàn)出來,這就是多重態(tài)。類似的,三個甲基氫自旋將亞甲基裂分為四個峰,而我們可以通過觀測分裂的峰就識別分子結(jié)構(gòu)。



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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具。現(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會。
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