核磁共振论文

1、生活中的仪器分析核磁共振波谱法化学工程与工艺1201班成员: 陈久安 唐威风 谢立群 闫文博摘要：核磁共振经过50多年的发展应用，使得此项技术迅速成为在物理、化学、生物、地质、计量、医学等领域研究的强大工具。高强磁场超导核磁共振仪的发展，灵敏度大大提高。脉冲付里叶变换NMR谱仪问世，使13C、15N、29Si等NMR谱及固体NMR谱得到广泛应用。近来出现的用于医学诊断的核磁共振成像技术（MRI），是自X 光发现以来医学诊断技术的重大进展。可以说NMR与诺贝尔奖结下了不解之缘。关键词：核磁共振技术、MRI成像、医疗应用背景介绍核磁共振 (Nuclear Magnetic Resonance) 是

2、1946年由美国哈佛大学珀赛尔()和斯坦福大学布洛赫(F.Bloch)分别独立发现石腊样品中质子（即氢原子核）的核磁共振吸收信号、水样品中质子的核磁共振信号而取得的重要成果，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多来，核磁共振已成为一门有完整理论体系的新学科。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 ，在科研和生产中发挥了巨大作用 。下面我们来具体讲讲关于核磁共振技术MRI的案例。核磁共振成像技术（MRI）MRI也就是磁共振成像，英文全称是：Magnetic Resonance Imagin。在这

3、项技术诞生之初曾被称为核磁共振成像，到了20世纪80年代初作为医学新技术的NMR成像（NMR imaging）一词越来越为公众所熟悉。随着大磁体的安装，有人开始担心字母“N”可能会对磁共振成像的发展产生负面影响。另外，“nuclear”一词还容易使医院工作人员对磁共振室产生另一个核医学科的联想。因此，为了突出这一检查技术不产生电辐射的优点，同时与使用放射性元素的核医学相区别，放射学家和设备制造商均同意把“核磁共振成像术”简称为“磁共振成像（MRI）”。MRI技术特点和原理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

4、中放射成像混淆，把它称为磁共振成像术(MRI)。MRI是一种生物磁自旋成像技术，它是利用原子核自旋运动的特点，在外加磁场内，经射频脉冲激后产生信号，用探测器检测并输入计算机，经过计算机处理转换后在屏幕上显示图像。磁共振成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号,并重建出人体信息。1946年斯坦福大学的Flelix Bloch和哈佛大学的Edward Purcell各自独立的发现了核磁共振现象。磁共振成像技术正是基于这一物理现象。1972年Paul Lauterbur 发展了一套对核磁共振信号进行空间编码的方法，这种方法可以重建出人体图像。磁共振成像技术与其它断层成像技术（如CT

5、）有一些共同点，比如它们都可以显示某种物理量（如密度）在空间中的分布；同时也有它自身的特色，磁共振成像可以得到任何方向的断层图像，三维体图像，甚至可以得到空间波谱分布的四维图像。从磁共振图像中我们可以得到物质的多种物理特性参数，如质子密度，自旋晶格驰豫时间T1，自旋自旋驰豫时间T2，扩散系数，磁化系数，化学位移等等。对比其它成像技术（如CT 超声 PET等）磁共振成像方式更加多样，成像原理更加复杂，所得到信息也更加丰富。因此磁共振成像成为医学影像中一个热门的研究方向。MRI也存在不足之处。它的空间分辨率不及CT，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，另外价格比较昂贵。医

6、疗用途 磁共振最常用的核是氢原子核质子（1H），因为它的信号最强，在人体组织内也广泛存在。影响磁共振影像因素包括：(a)质子的密度；(b)弛豫时间长；(c)血液和脑脊液的流动；(d)顺磁性物质(e)蛋白质。磁共振影像灰阶特点是，磁共振信号愈强，则亮度愈大，磁共振的信号弱，则亮度也小，从白色、灰色到黑色。各种组织磁共振影像灰阶特点如下：脂肪组织，松质骨呈白色；脑脊髓、骨髓呈白灰色；内脏、肌肉呈灰白色；液体，正常速度流血液呈黑色；骨皮质、气体、含气肺呈黑色。核磁共振的另一特点是流动液体不产生信号称为流动效应或流动空白效应。因此血管是灰白色管状结构，而血液为无信号的黑色。这样使血管很容易与软组织分开

7、。正常脊髓周围有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号结构。核磁共振（MRI）已应用于全身各系统的成像诊断。效果最佳的是颅脑，及其脊髓、心脏大血管、关节骨骼、软组织及盆腔等。对心血管疾病不但可以观察各腔室、大血管及瓣膜的解剖变化，而且可作心室分析，进行定性及半定量的诊断，可作多个切面图，空间分辨率较高，显示心脏及病变全貌，及其与周围结构的关系，优于其他X线成像、二维超声、核素及CT检查。在对脑脊髓病变诊断时，可作冠状、矢状及横断面像。核磁共振技术在其他方面的应用核磁共振适合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已

8、经从过去的一维谱图（1D）发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。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。在中国，其应用主要在基础研究方面，企业和商业应用普及率不高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。但在石油化工、医疗诊断方法应用较多。1、核磁共振在化学分析中正发挥越来越大的作用，它不仅是一种研究手段，也是常规分析中不可缺少的一种手

9、段。用它可以对样品进行定性和定量的分析，确定反应过程及反应机理。用它还可以研究各种化学键的性质，研究溶液中的动态平衡，测量液体的粘度，确定各种物质在生产过程中的一些其它性质和控制生产流程等。利用1H、13C、15N、31P等核磁共振谱确定有机化合物分子结构和变化，原子的空间位置和相互间的关联。2、材料科学领域：高功率固体NMR是研究高分子聚合物、玻璃、陶瓷、煤、树脂、新型表面活性剂、压电物质的研究等非常重要的、有的时候甚至是唯一的方法。应用化学中精细有机合成的进一步发展，各种新型表面活性剂 的合成、涂料的改性、水处理技术添加剂的研制、新型激光材料以 及有机反应过程的动态和稳态的研究都必须依靠固

10、体NMR谱仪的配合。高分子化合物聚合度的研究；高分子材料在变温条件下，分子结构的动态变化研究；测定自扩散系数、化学交换系数随温度变化的研究，核磁共振显示出在动力学方面的功能。3、在药学中可以用它分析各种中药和西药的结构。药物结构研究领域：核磁共振技术在创新药物研究及药物质量控制方面具有广泛的应用，不仅能定性定量分析药物及杂质，而且能建立复杂的中药指纹图谱。此外，液体NMR还能分析药物的稳定性和药物代谢，测定靶蛋白的溶液空间结构及其动力学，研究靶蛋白与药物分子的相互作用不仅能定性定量分析药物及杂质，而且能建立复杂的中药指纹图谱，等等。近年来，国际药典、欧洲药典及美国药典指定NMR谱学技术作为对药

11、物进行分子结构鉴定和药剂的定量研究主要工具。4、在石油分析中，用它做定性和定量分析。在日用化学和食品工业中，使用核磁测量物质的含水量和含油量以及其它性质。5、1953年，生物学上出现了一次引人注目的重大突破揭示了遗传之迷，发现了核糖核酸是遗传的物质基础，从而使生物学进入了第三个发展阶段，即分子生物学阶段。生物学之所以发展到这一阶段，主要是引入了大量的高精密实验观测和检测手段，如核磁共振谱仪、色谱仪、激光发射光谱仪等。生物中的有机相酶促反应、药物合成、生化反应及分离过程、杂环化学、电合成化学及环境生物治理等，恰是NMR谱仪在生物学、药物学和环境化学上发挥重要作用的领域。最具前沿科学的不溶性蛋白或膜蛋白空间三位结构研究也需要用到固体核磁。6、化学工程与技术中，分子模拟是其中一项研究内容，模拟以后，实际合成的检验必须要有可以推断分子结构的仪器来证明分子模拟的正确性，NMR则可以胜任这