核磁共振技術(shù)在近現(xiàn)代各方面的應(yīng)用

周 嫄 張 翼

（黃淮學(xué)院 化學(xué)化工系，河南 駐馬店 463000）

核磁共振技術(shù)（Nuclear Magnetic Resonance，簡稱NMR）是一種用來檢測和研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其特性的近代實(shí)驗(yàn)技術(shù)， 是利用了微觀粒子吸收電磁波后在不同能級上產(chǎn)生躍遷， 其原理和紅外、紫外吸收光譜相同[1]。 核磁共振是在強(qiáng)磁場下電磁波與原子核互相作用的一種基本物理現(xiàn)象， 即原子核在外加恒力磁場作用下產(chǎn)生能級分裂， 從而對特定的電磁波發(fā)生共振吸收的現(xiàn)象。 核磁共振又被稱為磁共振，它相對安全，沒有原子核的放射性污染問題。核磁共振技術(shù)發(fā)展至今，已有科學(xué)家在該領(lǐng)域五次獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 核磁共振的研究領(lǐng)域已從最初的物理學(xué)進(jìn)入到生命科學(xué)和化學(xué)的廣闊天地。 目前，NMR 波譜技術(shù)已成為化學(xué)、物理、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域中最重要的儀器分析手段之一。

1 NMR 在腫瘤診斷中的應(yīng)用

腫瘤因其在早期不易被發(fā)現(xiàn)，大部分患者在進(jìn)行治療時(shí)，已錯(cuò)過了最佳的治療時(shí)間，進(jìn)入中、晚期，因此對腫瘤的早期診斷非常重要。 腫瘤的產(chǎn)生一般伴隨著某些特定蛋白的表達(dá)或者過表達(dá)，因此在臨床醫(yī)學(xué)診斷中，將部分特定蛋白作為診斷腫瘤的標(biāo)志物。 NMR 造影技術(shù)具有快速、無創(chuàng)、高對比度等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于臨床診斷。 特別是能根據(jù)異常脂蛋白和正常蛋白弛豫時(shí)間的不同，對正常組織和病變組織進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能造影，進(jìn)而對腫瘤進(jìn)行診斷。 科學(xué)家采用點(diǎn)分辨波譜序列定位技術(shù)對一些腫瘤患者進(jìn)行1H NMR 檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同程度、不同類型的腫瘤其NAA/Cr 和NAA/Cho 比值不同。 人們可利用該NRM 造影技術(shù)來加強(qiáng)腫瘤和正常組織的對比度，以便更利于腫瘤的早期診斷。

2 NMR 在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用

核磁共振在物質(zhì)定量分析方面，具有精確度高、靈敏度高等特點(diǎn)，而且分析速度快。應(yīng)用核磁共振方法對藥物進(jìn)行定量分析已經(jīng)越來越普遍， 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，NMR 技術(shù)在農(nóng)藥殘留中也開始逐漸應(yīng)用。 例如：采用19F-NMR、31P-NMR 來研究有機(jī)氟、有機(jī)磷農(nóng)藥時(shí)，可根據(jù)譜圖上出現(xiàn)的波峰，來判斷農(nóng)藥是否是含氟或含磷的混合物。利用核磁共振技術(shù)對水果、蔬菜進(jìn)行檢測時(shí)，可以簡化樣品前處理工作，同時(shí)具有定量測定不需要標(biāo)樣、定性測定不破壞樣品的優(yōu)點(diǎn)，因此，核磁共振技術(shù)具有其他檢測方法不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 20 世紀(jì)80年代就已經(jīng)有報(bào)道采用NMR 技術(shù)檢測農(nóng)藥殘留物。 隨著核磁共振技術(shù)的不斷發(fā)展，其在農(nóng)藥殘留分析中的準(zhǔn)確率、 回收率已達(dá)到檢測食品中農(nóng)藥殘留的標(biāo)準(zhǔn)。

3 NMR 在石油化學(xué)中的應(yīng)用

20 世紀(jì)50年代時(shí)，核磁共振技術(shù)就開始應(yīng)用于石油和燃料工業(yè)中，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這種應(yīng)用越來越廣泛，其重要性也不斷提升。在應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域之前，核磁共振技術(shù)就被應(yīng)用到石油工業(yè)中，核磁共振測巖心、核磁共振力儀、核磁共振測井等，在石油行業(yè)中就有廣泛應(yīng)用。 核磁共振技術(shù)能夠檢測出精煉產(chǎn)品和原油中化合物的結(jié)構(gòu)信息和組成。 在Mncl2 的水溶液中，浸泡含油巖屑，可根據(jù)水和油弛豫時(shí)間的不同，利用核磁共振技術(shù)將含油飽和度測出來。 此外， 核磁共振技術(shù)在原油的餾分研究中，包括低沸點(diǎn)原油中潤滑油結(jié)構(gòu)和高沸點(diǎn)原油中的組成分析，以及鉆井及石油勘測中都起著非常重要的作用。

4 NMR 在聚合物的分析中的應(yīng)用

自1960年以來， 核磁共振波譜已廣泛應(yīng)用于聚合物的分析。 高分辨的核磁共振技術(shù)在分析聚合物的微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)、弛豫現(xiàn)象和構(gòu)想等方面起著至關(guān)重要的作用。 比如，在鏈單元分布、大分子結(jié)構(gòu)的不規(guī)整性、支化度和幾何異構(gòu)、聚合反應(yīng)的機(jī)理和動(dòng)力學(xué)參數(shù)等方面都有廣泛的應(yīng)用。寬譜線NMR 可利用譜線的形狀、寬度取得有關(guān)結(jié)晶度、立體規(guī)整性、鏈結(jié)構(gòu)和玻璃化溫度等方面的信息， 還能夠?qū)酆戏磻?yīng)過程核磁共振譜線寬度變化進(jìn)行研究， 從而了解反應(yīng)進(jìn)行過程中正在生長的聚合物鏈的活動(dòng)度變化，掌握聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面的信息。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 以前的研究方法已不能滿足人們的需要，因此要找到新的研究方法。 核磁共振技術(shù)與紫外光譜法和紅外光譜法類似，也屬于吸收光譜。 核磁共振技術(shù)作為一項(xiàng)不斷發(fā)展和完善的先進(jìn)技術(shù)，不僅準(zhǔn)確度高，它在原子水平上提供的信息量也是無可替代的。 隨著核磁共振波譜儀在靈敏度、準(zhǔn)確度等性能方面的突破，其在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣闊。 相信隨著NMR 理論和技術(shù)的逐漸完善和發(fā)展，核磁共振技術(shù)將在多個(gè)領(lǐng)域多種學(xué)科取得突破性進(jìn)展。

[1]楊曉云，費(fèi)志平，徐漢虹.核磁共振技術(shù)及其在農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用[J].農(nóng)藥，2009，48（3）.

[2]陸維敏，陳芳.譜學(xué)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)分析[M].北京:高等教育出版社，2005:104-105.

[3]戴日梅.核磁共振技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用[J].兵工自動(dòng)化，2013，32（4）.

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