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核磁共振技术的发展及展望 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。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、原理、应用、展望 一、  核磁共振的概念 核磁共振是指原子核在外加恒力磁场作用下产生能级分裂，从而对特定的 电磁波发生共振吸收现象。 二、  核磁共振的物理原理 核磁共振是原子核在外磁场中，能级之间共振跃迁的现象。我们知道，原 子核带正电并有自旋运动，其自旋运动必将产生磁矩，称为核磁矩。研究表明， 核磁矩 μ 与原子核的自旋角动量 S 成正比, 即：μ γ = S。式中 γ 为比例系数， 称为原子核的旋磁比。 在外磁场中, 原子核自旋角动量的空间取向是量子化的, 它在外磁场方向 上的投影值可表示为：I=m h。m 为核自旋量子数。依据核磁矩与自旋角动量的 关系，核磁矩在外磁场中的取向也是量子化的，它在磁场方向上的投影值为： μ=m γ h。对于不同的核，m 分别取整数或半整数。 在外磁场中, 具有磁矩的原子核具有相应的能量, 其数值可表示为：E = -u B = m γ h B。式中 B 为磁感应强度。可见，原子核在外磁场中的能量也是量子 化的。由于磁矩和磁场的相互作用，自旋能量分裂成一系列分立的能级，相邻 的两个能级之差为：ΔE =γ h B。用频率适当的电磁辐射照射原子核，如果电磁 辐射光子能量 h ν 恰好为两相邻核能级之差 ΔE，则原子核就会吸收这个光子， 发生核磁共振的频率条件是:h ν= γ h B =γ h B/2π 或 ω= 2πν=γ B 式中 ν 为频率， ω 为圆频率。对于确定的核, 旋磁比 γ 可被精确地测定。可见, 通过测定核磁共 振时辐射场的频率 ν，就能确定磁感应强度;反之， 若已知磁感应强度, 即可确 定核的共振频率。 三、  核磁共振技术的应用 核磁共振可分为：固体核磁共振，液体核磁共振和核磁共振成像。 其中固 体核磁共振应用的范围：不溶性的高分子材料、膜蛋白、刚性的金属以及非金 属材料。固相核磁（除固体物理用固体核磁外）使用普及率不高。液体核磁共 振应用范围（目前是主要的）：有机化合物，天然产物，生物大分子。 溶液高分辨核磁共振在化学中主要应用： ．基本化学结构的确定、立体构型和构象的确定； ．化学反应机理研究、化学反应速度测定； ．化学、物理变化过程的跟踪； ．化学平衡的研究及平衡常数的测定； ．溶液中分子的相互作用及分子运动的研究（氢键相互作用、分子链的 缠结、胶束的结构等）； ．混合物的快速成分分析（LC-NMR, DOSY)。 液体核磁共振在生物大分子溶液中的主要应用主要有以下几个方面： ．测定生物大分子在溶液中的三维结构：是目前为止唯一能够准确测定生 物大分子在溶液中的三维结构的方法； ．蛋白质与核酸的相互作用：分子生物学、分子遗传学、基因调控、药物 设计等领域中都要涉及的重大问题； ．蛋白质卷曲和折叠研究：研究卷曲和折叠的动力学过程； ．药物设计：研究激素-受体复合物；酶与底物的复合物；功能蛋白与靶 分子复合物，特别是关于结合点的结构信息。 核磁共振成像技术主要是临床诊断的成像、研究动植物形态的微成像、功 能成像和分子成像。 核磁共振分析技术是通过核磁共振谱线特征参数，如谱线宽度,  谱线轮廓 形状，谱线面积，谱线位置等的测定来分析物质的分子结构与性质。它可以不 破坏被测样品的内部结构，是一种完全无损的检测方法。同时，它具有非常高 的分辨本领和精确度，而且可以用于测量的核也比较多，所有这些都优于其它 测量方法。因此，核磁共振技术在材料科学，化学，医疗，石油化工，考古等 方面获得了广泛的应用。 在化学领域，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。 核磁共振成像在医疗方面显示出强大的生命力，已成为医学诊断中一种重 要手段。它可以对人体脊髓，脑，肝，肺等各个器官直接成像，勿需借助造影 剂，并有较理想的清晰度，可以观测出血流量，显示心脏活动。它不仅能显示 形态，还能提供有关功能的生化信息，从而大大地提高了诊断的准确性，有利 于对突发性心肌梗塞和肝瘤等疾病的早期诊治。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