核磁共振(NMR)——在医院里听了无数次的名词,你知道它用来干嘛的吗?

     

导读毒液

相信大家一定对电影《毒液》中男主痛苦地做着NMR检测时的表情记忆犹新吧。那到底NMR是什么呢?Why?可以强到伤害漫威里的英雄,那可都是超人体质!

医院检查项中有一项“核磁共振成像”的项目,这是什么意思呢?

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)是基于量子物理和微波技术的一种检测方法,可以精确地测出物体内的原子核的位置和种类,从而实时地绘制出物体内部图像,在医学和工业上获得了广泛的应用,具有极高的科学和应用价值。核磁共振仪器不使用放射性同位素,不产生电离辐射。在有些地方,医生考虑到患者对“核”的恐惧心理,常称其为“磁共振成像”。

基本原理

核磁共振成像的“核”指的是氢原子核。人体的70%是由水组成的。原子核带正电,具有自旋,会形成电流,从而产生磁场,因此每一个原子核都像一个小磁铁。把物体放置在磁场中,原子核与外磁场发生相互作用,处于不同自旋状态的原子具有不同的能量;用适当的电磁波照射它,当外加电磁波的能量等于不同状态的原子核的能量差时,原子核与外加的电磁波发生共振,从低能状态“跳跃”到高能状态;去掉外加的电磁波,处于高能状态的原子核又会把一部分能量以电磁波的形式发射出去,被检测出来。

那么,这个我们耳熟能详的词语在我们检测行里的应用到底有多广泛呢?今天小编就带大家来大致数一数。

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临床医学检测

核磁共振成像提供的信息量不但大于医学影像学中的其他许多成像术,而且不同于已有的成像术,因此,它对疾病的诊断具有很大的潜在优越性。它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,不会产生CT检测中的伪影;不需注射造影剂;无电离辐射,对机体没有不良影响。核磁共振成像对检测脑内血肿、脑外血肿、脑肿瘤、颅内动脉瘤、动静脉血管畸形、脑缺血、椎管内肿瘤、脊髓空洞症和脊髓积水等颅脑常见疾病非常有效,同时对腰椎椎间盘后突、原发性肝癌等疾病的诊断也很有效。因此呢,现在在医院不管是就医看病还是进行身体检查,都在有一项核磁共振的常规检测。

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核磁共振技术在食品检测中的应用

NMR技术在水分分析中的应用

NMR是一种完全非破坏的分析手段,它通过检测食品中H质子的弛豫时间,直观地显示食品中水分活性状态分布和水分的分布与迁移,近年来在食品科学领域得到广泛的应用,可以用来检测食品的物理及化学特性。

NMR技术在油脂分析中的应用

NMR技术在乳制品中的应用

近年来,NMR技术在乳制品领域的研究不断增多。NMR技术可用于乳制品的定量和定性分析,检测生物活性反应,同位素分析,研究乳脂肪和水构成的物理状态,以及乳制品中蛋白质的凝聚等。1H-NMR和13C-NMR可以用来为分析乳脂肪中油脂的构成提供定量数据,包括油酸、棕桐油、奶油酪酸和三甘油酯等的质量比例关系,也可以测定烯键在sn-1和sn-2位置上的分布。

NMR技术在水果品质无损检测中的应用

NMR及其成像技术在氨基酸和蛋白质的结构测定,糖类的化学结构,淀粉的糊化、老化、食品污染物和农药残留的分析等方面也已经有应用研究。利用NMR技术还可以对酒的成分和品质进行分析。有研究利用NMR技术分别对不同工艺的白酒和用食用酒精勾兑的白酒进行波谱分析,发现样品在甲基峰和亚甲基峰,强峰数和弱峰数上存在差异。

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材料结构分析

(1)有机化合物结构鉴定

一般根据化学位移鉴定基因;由耦合分裂峰数、偶合常数确定基团联结关系;根据各H峰积分面积定出各基团质子比。核磁共振谱可用于化学动力学方面的研究,如分子内旋转,化学交换等,因为它们都影响核外化学环境的状况,从而谱图上都应有所反映。

(2)高分子材料的NMR成像技术

核磁共振成像技术已成功地用来探测材料内部的缺陷或损伤,研究挤塑或发泡材料,粘合剂作用,孔状材料中孔径分布等。可以被用来改进加工条件,提高制品的质量。

(3)多组分材料分析

材料的组分比较多时,每种组分的NMR 参数独立存在,研究聚合物之间的相容性,两个聚合物之间的相同性良好时,共混物的驰豫时间应为相同的,但相容性比较差时,则不同,利用固体 NMR 技术测定聚合物共混物的驰豫时间,判定其相容性,了解材料的结构稳定性及性能优异性。

此外,在研究聚合物还用于研究聚合反应机理、高聚物序列结构、未知高分子的定性鉴别、机械及物理性能分析等等。

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在药物分析检测中的应用

(1)核磁共振波谱法测定药物基准物质的绝对含量

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的测定。

(2)核磁共振在天然药物分析检测中的应用

以8β-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。

(3)核磁共振技术在药物鉴别中的应用

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。

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核磁共振在石油化工、陶瓷制作、航天方面的应用

该技术在我国石油的分析探测项目中的应用越来越普遍。在石油勘测过程中,通过分析石油地段岩石的核磁参数和石油储层物性参数两者之间的关系,进而求出储层石油藏量参数、渗透率和孔隙度等。应用该技术能够分离鉴定出一些以极低浓度存在的新型生物种类。如利用核磁共振技术确定从原油中分离出来的一种新的三萜烷,它的结构为两顺一反的二杜松烷。

金属陶瓷的生产过程中容易出现一些严重影响材料性能的砂眼,这也需要采用核磁共振技术来检测。航天工业对火箭燃料的装填要求非常苛刻,通过核磁共振技术可以准确探测固体燃料中的缺陷以及填充物、推进剂、增塑剂的分布情况。另外,核磁共振技术还可在水环境监测、工程无损检测等方面发挥着积极作用。

不得不感叹一下,NMR是真的厉害啊!核磁共振技术不仅在生物医药、食品、化工领域有相关应用,它也在生命科学、材料检测、纺织检测、水资源探查等很多领域有广泛应用。

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