量子共振仪

12月20日，美国匹兹堡大学的研究人员基于量子测量和纳米技术的界面工作，实现了由钻石晶体包裹的单个电子组成的纳米级磁成像的重要进展。研究人员表示，被认为是计算任务“动力室”的量子计算或许也可应用于高精度测量等纯电子工业以外的其他领域。　　该校物理学和天文学系的助理教授古鲁德弗·达特表示，该纳米磁共振成像技术可针对单个分子或细胞内的一群分子进行扫描。传统的磁共振成像技术在这种分子层面不能很好工作，因此需要创建一种新设备来适应这种高精密度观测的需求。　　在构建这种装置中，科研团队面临的一个重大挑战是：需要在钻石晶体内利用单个电子的共振准确测量出磁场。共振是指一个物体在特定频率下，以最大振幅做出摆动的倾向，自然中存在着很多共振的现象，例如乐器的音响共振、摆钟共振和电路的共振等。共振十分强大，物理学家可用其对力、质量和电磁场等进行灵敏测量，但共振也限制了人们可以准确测量的最大磁场范围，在磁成像中，物理学家只能从接近传感器共振频率的分子处探测到狭长的磁场，使成像过程变得更加困难。　　科研人员利用量子计算的方法避开了硬件上的不足，以便能观测到整个磁场。与此前使用的标准技术相比，通过扩展磁场，科学家能将最大可探测场强和精度之间的比例提升10%。这使科研团队离研发出纳米级的磁共振设备又近了一步，届时科学家能够以非侵入的方式，研究分子、材料和细胞等的属性，在不伤害原子的情况下，显示它们所处的位置。而目前类似研究所采用的方法都不可避免地会破坏样本。　　研究人员表示，以上只是初步结果，他们期望在日后更多的研究中获得更多成果。达特表示：“这对于我们理解分子或活体细胞等具有直接影响。我们的工作显示量子计算也可以超越纯电子设备领域，为高精度测量取得进展扫清基本的路障。”

[align=center][img]https://img1.17img.cn/17img/images/202404/uepic/c76fabfd-be4f-4b7f-9ef3-3be47874e493.jpg[/img][/align][align=center][color=#7f7f7f]4月2日，国仪量子研发人员正在操作W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪[/color][/align][color=#000000]“W波段脉冲式电子顺磁共振波谱仪的研制成功，使国仪量子成为目前国内能研制生产该类高端科学仪器的厂商。也标志着中国成为继德国之后，第二个有能力研发该型电子顺磁共振波谱仪的国家。”4月2日，国仪量子技术（合肥）股份有限公司传感事业部副总经理石致富站在最新研发的仪器前向记者介绍。[/color][color=#000000]根据揭榜项目任务书的项目目标和考核指标，国仪量子最终任务全部完成，部分指标超额完成。专家组召开验收会议，认为该产品达到了国际先进水平，此攻关任务已经完成。[/color][color=#000000]近年来，安徽在量子信息领域“从0到1”的原始创新不断突破：[/color][color=#000000]目前，安徽集聚量子科技产业链企业60余家、数量居全国首位，全国首条量子芯片生产线建成运行，全国首个量子信息未来产业科技园挂牌运营，量子专利授权量全国领先，以国盾量子、国仪量子、本源量子、问天量子、中电信量子集团等为龙头的量子高新技术企业不断涌现。[/color][color=#000000]安徽发展量子信息等未来产业，具有强劲的科技创新策源能力。[/color][color=#000000]国仪量子在2021年承接了安徽省制造业重点领域产学研用补短板产品和关键共性技术攻关任务，项目针对“W波段电子顺磁共振波谱仪”进行工程化、产品化开发，解决产品化实现涉及到的核心技术难题，研制出用户友好、皮实可靠，可产品化出售的W波段电子顺磁共振波谱仪。W波段电子顺磁共振波谱仪具有高分辨率、高灵敏度的优势，是一种重要的高端科学分析装置，将给生物、化学、物理以及交叉学科等领域提供一项强有力的研究手段，可用于进行蛋白质、RNA、DNA 的结构解析，从而解决生物学、医学、制药学中的关键问题。[/color][color=#000000]得益于中国科学技术大学、合肥国家实验室等高校与科研机构，合肥在量子信息技术的科研领域具有先发优势，为量子科技发展提供了强有力的人才和智力支撑。[/color][color=#000000]“我们团队在量子精密测量领域有着十多年的研究积累，以长相干、多比特、高精度量子操控为核心目标，目前已掌握了世界领先的高保真量子态调控技术、高灵敏度磁探测技术、微波收发技术、高精度扫描钻石探针技术等核心技术。”石致富说。[/color][color=#000000]“揭榜挂帅”是用市场竞争来激发创新活力的一种机制。国仪量子相关负责人表示，“揭榜挂帅”有助于选拔领头羊、先锋队，聚力突破关键共性技术瓶颈，提高制造业自主创新能力，带动产业链上下游的技术进步，强化供应链保障。[/color][color=#000000]未来，国仪量子将持续加强研发投入力度，在核心技术上不断追求更高标准。与用户协同创新，推动技术落地，赋能多个行业的升级发展，在全球量子领域逐渐发出中国声音，也让“安徽身影”更加活跃。[/color][来源：安徽经济网][align=right][/align]

很多人使用量子弱磁场共振分析仪的时候都会发现有一些报告有一定的相似性，这个和仪器检测原理有关，量子弱磁场共振分析仪的检测原理分两方面：　　一、通过统计学，根据近10年中国人体健康的单项指数进行统计，比如说50岁以上的男性换糖尿病的概率是63%，那么在相应的数据计算中，这个概率就计算到里面，并且跟这个人的体重和身高的比例也是有关系的，所以楼主问的为什么年轻人 中年人 老男人 心脑和骨钙都有问题，年轻人肯定是轻微的，比如一个加号或者两个加号，这样的属于亚健康，可以根据自己的条件进行调理，因为现在的工作压力紧绷，大多数人都是这个样子的，那中老年男性更好说了，中国是世界心脑血管疾病高发区，这种比例肯定是很大，所以检测的结果会有挺多人有这种问题，只有3个加号才是疾病倾向，您要通过问诊来判断客户是否有并发症，从而来判断客户是否有心脑血管疾病或者缺钙。　　二、电磁场分析：经过第一步的概率分析之后，第二部就进入电磁场分析了，电脑通过USB口向仪器输入了5V的电压，那么人体是导体，通过仪器的取样器向人体输入一定的电压（36V以下是安全电压，不要担心），既然人体是电阻，电能通过人体肯定会有损耗，量子弱磁场共振分析仪会根据电损数据进行二次分析，然后得出具体的数据。

有个很简单的问题想不明白，氘的自旋量子数为1，不是零，为什么在核磁共振谱中没有信号？

核磁共振的原理 　　核磁共振现象来源于原子核的自旋角动量在外加磁场作用下的进动。 　　 　　根据量子力学原理，原子核与电子一样，也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数决定，实验结果显示，不同类型的原子核自旋量子数也不同： 　　 　　质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0 　　质量数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数 　　质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数 　　迄今为止，只有自旋量子数等于1/2的原子核，其核磁共振信号才能够被人们利用，经常为人们所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P 　　 　　由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会由自旋产生一个磁矩，这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。进动具有能量也具有一定的频率。 　　 　　原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在一定强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。 　　 　　原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的，而是由原子核的磁量子数决定的，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。 　　 　　为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据物理学原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核，在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。

核磁共振仪广泛用于有机物质的研究，化学反应动力学，高分子化学以及医学，药学和生物学等领域。20年来，由于这一技术的飞速发展，它已经成为化学领域最重要的分析技术之一。　　　 　　早在1924年，奥地利物理学家泡里就提出了某些核可能有自旋和磁矩。 "自旋"一词起源于带电粒子，如质子、电子绕自身轴线旋转的经典图像。这种运动必然产生角动量和磁偶极矩，因为旋转的电荷相当于一个电流线圈，由经典电磁理论可知它们要产生磁场。当然这样的解释只是比较形象的比拟，实际情况要比这复杂得多。　　 　　原子核自旋的情况可用自旋量子数I表示。自旋量子获得，质量数的原子序数之间有以下关系：　　 　　质量数 原子序数 自旋量子数（I）　　 　　奇数 奇数或偶数 1/2, 3/2 , 5/2……　　 　　偶数 偶数 0　　 　　偶数 奇数 1，2，3……　　 　　10的原子核在自旋时会产生磁场；I为1/2的核，其电荷分布是球状；而I≥1的核，其电荷分布不是球状，因此有磁极矩。　　 　　I为0的原子核置于强大的磁场中，在强磁场的作用下，就会发生能级分裂，如果用一个与其能级相适应的频率的电磁辐射时，就会发生共振吸收，核磁共振的名称就是来源于此。

核磁共振用NMR(Nuclear Magnetic Resonance)为代号。 1．原子核的自旋 核磁共振主要是由原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。自旋量子数与原子的质量数和原子序数之间存在一定的关系，大致分为三种情况，见表8-1。 I为零的原子核可以看作是一种非自旋的球体，I为1/2的原子核可以看作是一种电荷分布均匀的自旋球体，1H，13C，15N，19F，31P的I均为1/2，它们的原子核皆为电荷分布均匀的自旋球体。I大于1/2的原子核可以看作是一种电荷分布不均匀的自旋椭圆体。 2．核磁共振现象 原子核是带正电荷的粒子，不能自旋的核没有磁矩，能自旋的核有循环的电流，会产生磁场，形成磁矩(μ)。 式中，P是角动量，γ是磁旋比，它是自旋核的磁矩和角动量之间的比值， 当自旋核处于磁场强度为H0的外磁场中时，除自旋外，还会绕H0运动，这种运动情况与陀螺的运动情况十分相象，称为进动，见图8-1。自旋核进动的角速度ω0与外磁场强度H0成正比，比例常数即为磁旋比γ。式中v0是进动频率。 微观磁矩在外磁场中的取向是量子化的，自旋量子数为I的原子核在外磁场作用下只可能有2I+1个取向，每一个取向都可以用一个自旋磁量子数m来表示，m与I之间的关系是： m=I，I-1，I-2…-I 原子核的每一种取向都代表了核在该磁场中的一种能量状态，其能量可以从下式求出： 向排列的核能量较低，逆向排列的核能量较高。它们之间的能量差为△E。一个核要从低能态跃迁到高能态，必须吸收△E的能量。让处于外磁场中的自旋核接受一定频率的电磁波辐射，当辐射的能量恰好等于自旋核两种不同取向的能量差时，处于低能态的自旋核吸收电磁辐射能跃迁到高能态。这种现象称为核磁共振，简称NMR。 目前研究得最多的是1H的核磁共振，13C的核磁共振近年也有较大的发展。1H的核磁共振称为质磁共振（Proton Magnetic Resonance），简称PMR，也表示为1H-NMR。13C核磁共振（Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance）简称CMR，也表示为13C-NMR。 3.1H的核磁共振 饱和与弛豫 1H的自旋量子数是I=1/2，所以自旋磁量子数m=±1/2，即氢原子核在外磁场中应有两种取向。见图8-2。1H的两种取向代表了两种不同的能级， 因此1H发生核磁共振的条件是必须使电磁波的辐射频率等于1H的进动频率，即符合下式。 核吸收的辐射能大？ 式（8-6）说明，要使v射=v0，可以采用两种方法。一种是固定磁场强度H0，逐渐改变电磁波的辐射频率v射，进行扫描，当v射与H0匹配时，发生核磁共振。另一种方法是固定辐射波的辐射频率v射，然后从低场到高场，逐渐改变磁场强度H0，当H0与v射匹配时，也会发生核磁共振。这种方法称为扫场。一般仪器都采用扫场的方法。 在外磁场的作用下，1H倾向于与外磁场取顺向的排列，所以处于低能态的核数目比处于高能态的核数目多，但由于两个能级之间能差很小，前者比后者只占微弱的优势。1H-NMR的讯号正是依靠这些微弱过剩的低能态核吸收射频电磁波的辐射能跃迁到高能级而产生的。如高能态核无法返回到低能态，那末随着跃迁的不断进行，这种微弱的优势将进一步减弱直至消失，此时处于低能态的1H核数目与处于高能态1H核数目相等，与此同步，PMR的讯号也会逐渐减弱直至最后消失。上述这种现象称为饱和。 1H核可以通过非辐射的方式从高能态转变为低能态，这种过程称为弛豫，因此，在正常测试情况下不会出现饱和现象。弛豫的方式有两种，处于高能态的核通过交替磁场将能量转移给周围的分子，即体系往环境释放能量，本身返回低能态，这个过程称为自旋晶格弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋晶格弛豫时间。自旋晶格弛豫降低了磁性核的总体能量，又称为纵向弛豫。两个处在一定距离内，进动频率相同、进动取向不同的核互相作用，交换能量，改变进动方向的过程称为自旋-自旋弛豫。其速率用1/T2表示，T2称为自旋-自旋弛豫时间。自旋-自旋弛豫未降低磁性核的总体能量，又称为横向弛豫。 4.13C的核磁共振 丰度和灵敏度 天然丰富的12C的I为零，没有核磁共振信号。13C的I为1/2，有核磁共振信号。通常说的碳谱就是13C核磁共振谱。由于13C与1H的自旋量子数相同，所以13C的核磁共振原理与1H相同。 将数目相等的碳原子和氢原子放在外磁场强度、温度都相同的同一核磁共振仪中测定，碳的核磁共振信号只有氢的1/6000，这说明不同原子核在同一磁场中被检出的灵敏度差别很大。13C的天然丰度只有12C的1.108％。由于被检灵敏度小，丰度又低，因此检测13C比检测1H在技术上有更多的困难。表8-2是几个自旋量子数为1/2的原子核的天然丰度。 5.核磁共振仪 目前使用的核磁共振仪有连续波（CN）及脉冲傅里叶（PFT）变换两种形式。连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发射器、检测器和放大器、记录仪等组成（见图8-5）。磁铁用来产生磁场，主要有三种：永久磁铁，磁场强度14000G，频率60MHz；电磁铁，磁场强度23500G，频率100MHz；超导磁铁，频率可达200MHz以上，最高可达500～600MHz。频率大的仪器，分辨率好、灵敏度高、图谱简单易于分析。磁铁上备有扫描线圈，用它来保证磁铁产生的磁场均匀，并能在一个较窄的范围内连续精确变化。射频发射器用来产生固定频率的电磁辐射波。检测器和放大器用来检测和放大共振信号。记录仪将共振信号绘制成共振图谱。 70年代中期出现了脉冲傅里叶核磁共振仪，它的出现使13C核磁共振的研究得以迅速开展。 氢 谱 氢的核磁共振谱提供了三类极其有用的信息：化学位移、偶合常数、积分曲线。应用这些信息，可以推测质子在碳胳上的位置。

这两天在看核磁共振原理，书上说只有自旋量子数大于0的原子核才有核磁共振现象，但2H, 14N的自旋量子数为整数，他们是否有核磁共振现象呢？还是说因为自旋量子数I为1或大于1的原子核具有非球形电荷分布，因而具有电四极矩，核磁共振谱线加宽，不利于检测，所以平时才不做2H, 14N的核磁共振呢？请教高手！

科技日报讯 据物理学家组织网5月28日（北京时间）报道，课本里的知识告诉我们，平面光波的振动（即偏振）方向一直是横向的，也就是说，与其传播方向垂直。但奥地利维也纳技术大学的科学家们在最新的原子—物理实验中发现，在瓶子那样的微共振腔内的光拥有一种独特属性，其振动方向是纵向的。最新研究成果有助于科学家们开发新的超敏传感器和量子力学路由器等新式设备。 在一个瓶子微共振腔内，当激光不沿光纤行进而是围绕光纤呈螺旋状行进时，能被耦合成一种光学玻璃纤维。光在瓶子微共振腔内可被存储约10纳秒，相当于围绕光纤旋转3万圈所耗费的时间，这足以让光和被带到光纤表面附近的单个原子之间相互作用。但维也纳技术大学科学家在最新实验中发现，这种情况下，光和物质的耦合程度比以前认为的要强。他们对这一令人吃惊的答案的解释是，在这样的微共振腔内，光拥有一种独特的属性：纵向振动。 科学家们解释说，光波的振动方向对光波的行为至关重要。在瓶子微共振腔内，光波能在光纤周围顺时针行进，也能逆时针行进。如果这两种逆向行进的光波的偏振方向是横向的，它们将在某个地点互相增强，而在其他地方互相抵消。维也纳技术大学量子科学中心、原子和亚原子物理研究所的阿诺·劳斯彻布特勒教授说：“正是这种破坏性的干涉限制了光波和玻璃纤维周围的原子之间的耦合强度。” 但如果这两束光波纵向振动，那么它们的振动状态必然会不同。其结果是，通过破坏性的干涉来让逆向传播的光束完全相互抵消不再可能，因而光—物质之间的耦合强度更强。劳斯彻布特勒说：“起初我们真的很震惊，以前我们都知道光能纵向振动，但直到现在，还没有人描述这种振动在微共振腔内的光—物质相互作用中的重要性。” 研究人员表示，最新研究让他们可以据此研制出超灵敏的传感器，这种传感器能用光探测单个原子。而且瓶子微共振腔也摇身一变，成为研究光—物质相互作用基本属性的理想工具。科学家们下一步计划制造出一种由单个原子控制的光路由器，其能打开和关闭两个输出端之间的光。未来这样的一种量子力学路由器有望让光纤网络中的量子计算机之间实现互联。（记者刘霞） 总编辑圈点 富兰克林用莱顿瓶把闪电装在瓶子里。装一束光在瓶子里行不行？奥地利科学家做到了。他们发现，围绕头发一样细的玻璃丝，光可以旋转而不逃逸。从玻璃纤维的截面来看，光在大尺度上走圆圈，在小尺度上回绕。奔驰不羁的光，变成了绕指柔。不要说瓶子，吸管里也盛得下。搭建未来的光量子机器，离不开这类“驯光”的基础技巧。 《科技日报》（2013-05-29 一版）

生物微磁共振分析仪是一种新兴的快速、准确、无创波谱检测方法，特别适用于药品、保健品疗效对比和亚健康的检查，其检测项目主要有：心脑血管、骨密度、微量元素、血铅、风湿病、肺呼吸道、肾病、血糖、肠胃、肝胆、脑神经、妇科、钙铁锌硒等30多种检测项目。 该弱磁场检测仪通过手握传感器来收集人体微弱磁场的频率和能量，经仪器放大、计算机处理后与仪器内部设置的疾病、营养指标的标准量子共振谱比较，用富利叶分析法分析样品的波形是否变得混乱。根据波形分析结果，对被测者的健康状况和主要问题做出分析判断，并提出规范的防治建议。

1.元素周期表中所有元素都可以测出核磁共振谱吗？ 不是。首先，被测的原子核的自旋量子数要不为零；其次，自旋量子数最好为1/2（自旋量子数大于1的原子核有电四极矩，峰很复杂）；第三，被测的元素（或其同位素）的自然丰度比较高（自然丰度低，灵敏度太低，测不出信号）。2.关于样品管，要注意什么？ 对于 5mm 探头来说，其中探头内部隔离样品和线圈的石英管内径只有5.4mm，如果样品管过粗或者弯曲，很容易卡在探头里甚至挤碎石英管；如果样品管过细或者有裂纹，很容易造成样品管在探头内破碎，污染探头。因此在使用样品管前，首先要在平面上滚动，确定平直；然后对灯光仔细检查有无裂纹；插入转子时要注意是否过紧过松。探头故障是我们遇到最多的问题，损坏探头可能造成数百到数万欧元的维修费用，建议谱仪管理员确保所有的送样人员了解这些细节，并检查样品管质量。3.溶剂的用量多少为合适？ 在我们的定深量筒上都绘有相应线圈的位置及长度，一般只要保证样品的长度比线圈上下各多出3mm 即可，过少会影响自动匀场效果，过多浪费溶剂而且由于稀释了样品，减少了处在线圈中的有效样品量。这种情况下要注意将样品液柱的中心与定深量筒上的线圈中心对齐。4.高场的核磁共振仪和低场的核磁共振仪测出的谱有什么区别？ 首先，高场的核磁共振仪比低场的核磁共振仪灵敏度高，如果样品浓度低，低场的核磁共振仪测出的谱图信噪比低，改用高场的核磁共振仪信噪比会改善。其次，高场的核磁共振仪比低场的核磁共振仪测出的峰分得更开，谱图的解析更容易些。但是，需要准确的偶合常数时，用低场的谱仪测更好些。5.核磁共振仪有几种探头？ 从所测原子核的种类分，有：碳氢探头、碳氢磷氟四核探头、多核探头。还可以分为正向探头（测碳谱的灵敏度高）、反向探头（测氢谱的灵敏度高）、普通探头（每测四次完成一个循环得一个结果）和梯度场探头（不需要相循环，测一次得一个结果）。6.如果样品吹不出来，应该怎么处理？ 首先查看各个气压表示数，检查压缩空气是否正常。如果压缩气没问题，很可能是样品卡在探头里了。可以将探头的固定螺丝拧开，下沉约5厘米，然后装回，（或者说把探头拆下再装回去）再吹一次。一般可以吹出。7.lockdisp窗口中锁线的意义是什么？ 时间轴折叠的氘信号强度谱

波谱核磁共振就是核磁共振波谱法，与紫外吸收光谱、红外吸收光谱、质谱被人们称为“四谱”，是对各种有机和无机物的成分、结构进行定性分析的最强有力的工具之一，亦可进行定量分析。 波谱核磁共振技术的原理： 在强磁场中，某些元素的原子核和电子能量本身所具有的磁性，被分裂成两个或两个以上量子化的能级。吸收适当频率的电磁辐射，可在所产生的磁诱导能级之间发生跃迁。在磁场中，这种带核磁性的分子或原子核吸收从低能态向高能态跃迁的两个能级差的能量，会产生共振谱，可用于测定分子中某些原子的数目、类型和相对位置。 波谱核磁共振技术的分类： 核磁共振波谱按照测定对象分类可分为：1H-NMR谱（测定对象为氢原子核）、13C-NMR谱及氟谱、磷谱、氮谱等。有机化合物、高分子材料都主要由碳氢组成，所以在材料结构与性能研究中，以1H谱和13C谱应用最为广泛。

如题：如何通过实验判断内滤效应与共振能量转移的区别呢？1 因为所测试剂确实在量子点发射峰位置有吸收，，但是又不存在受体荧光增强的现象；（就光谱重叠而言）2 荧光寿命也没有变化；（共振能量转移是不是一定伴随荧光寿命变化）3 浓度大约在试剂浓度10μM的大小。（据说内滤效应是在较大的浓度下，那个大浓度大概是什么数量级呢）4 内滤效应是直接降低了激发光强还是降低了发射光呢，如果是降低了发射光，是不是也属于能量转移呢（我看到有人曾经说内滤效应也是能量转移，可以这样说嘛）非常感谢

[b]大化所杨学明小组首次观测到化学反应中分波共振现象[/b][align=center][b]　　研究成果发表在美国《科学》杂志上，图像达到了光谱精度[/b]　　 [/align][align=center][img=500,360]http://bimg.instrument.com.cn/lib/editor/UploadFile/20103/20103239343687.jpg[/img][/align][align=center][font=楷体_GB2312]　　实验测量到的F+HD反应中后向散射HF(v=2，j=6)产物强度随碰撞能量的变化(实圆点)。红实线是理论计算的结果。观测到的三个振荡峰被归属为J=12，13，14的分波共振。图中的三维图是在1.285kcal/mol碰撞能下HF产物在各个方向的散射微分截面图。B代表后向散射方向，F代表前向散射方向。[/font][/align]　　在实验上观测由特定分波引起的动力学现象，一直是化学动力学研究领域的一个极具挑战的课题。如今，通过设计一个世界上最高分辨率的交叉分子束散射实验，中国科学院大连化学物理研究所杨学明研究小组首次在实验中观察到了化学反应中的这种分波共振。研究成果发表在3月19日出版的美国《科学》杂志上。杨学明说：“这一反应共振动力学图像已经完全达到了光谱精度，为反应共振态动力学研究提供了一个教科书式的例子。”　　这是杨学明和中国科学院大连化学物理研究所研究员张东辉等近年来在反应共振态研究方向的又一个新的突破。在同期出版的《科学》杂志上，英国剑桥大学Althorpe教授发表评述文章，详细介绍了这项工作的学术意义。　　化学反应是旧化学键断裂、新化学键生成的过程，是化学学科的核心科学问题。在所有[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]分子反应中，新化合物的形成都是通过两个反应物之间的碰撞而达成的。每一个反应必须先经过一个“过渡态区域”，在这个区域中，反应物分子中的旧化学键即将断裂、生成物分子中的新化学键即将生成。而所有的反应碰撞都是在特定的碰撞参数条件下，通过过渡态区域而进行的。这些特定的碰撞参数在量子力学中是一个“好量子数”，因此在整个反应过程中是守恒的，这些特定的碰撞参数相当于反应体系特定的转动量子态，一般被称为“分波”(PartialWave)。　　过渡态的分波结构是影响化学反应的决定性因素，也是化学动力学研究的重要基础课题。由于反应过渡态寿命非常短(飞秒量级，1飞秒等于10-15秒)，分波一般在能量上很宽且重叠在一起，因此很难在实验室观测到单个分波的结构。在绝大多数情况下，即使完全量子态分辨的交叉束实验测量的微分截面也是不同分波叠加后的平均值，因此，观测单个特定的分波结构是动力学研究领域的一个极大挑战。

专业固体核磁共振实验室开展合作研究和测试服务 固体核磁共振测试技术是当代物质分析测试、结构鉴定的重要手段之一，以交叉极化、魔角旋转、高功率去偶、多量子实验等为标志的固体高分辨核磁共振技术，是近几十年来发展起来的一项研究固体物质组成、性质及物理和化学变化的有效实验手段。目前，固体核磁共振技术已经成功应用于凝聚态物理、纳米材料、生物材料、多相催化、有机导体、电化学材料、高分子等前沿研究领域。如催化剂表面活性中心及其与反应分子的相互作用机制；新材料制备过程中，各种元素的原子相互结合的机理；高分子材料中化学结构、晶态与非晶态、链运动、链结构的结构信息；纳米晶体或原子簇的聚集状态及导致其特殊的物理性质和产生量子化效应的原因；生物材料的结构及其生物活性等等。 本重点实验室配备有国内为数不多的600MHz宽腔高场固体NMR谱仪，可进行1H，13C，19F，31P，29Si，，27Al，17O，7Li，11B，15N，23Na，51V，65Cu，71Ga，79Br，119Sn和129Xe等核的固体高分辨和固体宽谱的一维及多维核磁共振实验，且可进行各种同核和异核相关的二维固体NMR实验，欢迎大家测试。 除提供以上各种活性核的对外测试，还可以提供谱图解析，数据处理等服务。但是，本重点实验更鼓励和支持国内高等院校、研究院所来实验室开展合作研究。对于合作研究项目，双方可通过事先协商，确定分工，共享实验成果。目前，本实验室主要对各种功能材料比较感兴趣，如生物功能材料（羟基磷灰石、骨头），有机无机杂化材料（用于吸附、催化和载药），电化学相关材料和催化材料（分子筛和固体酸催化材料），希望能与这些相关领域的课题组建立合作关系。本实验室为了鼓励大家进行

摘要：核磁共振是指原子核在外加恒定磁场作用下产生能级分裂，从而对特定频率的电磁波发生共振吸收的现象。因而通过测定和分析受测物质对电磁波的吸收情况就可以判定它含有哪种原子，原子之间的距离多大，并据此分析出它的三维结构。核磁共振现象发现五十多年来，已经有多位著名科学家因从事NMR或与NMR有关的研究而获得诺贝尔奖。本文联系一些有重要贡献的科学家的主要贡献对核磁共振及其相关研究作简要的回顾。关键词：核磁共振（NMR），诺贝尔奖，循序指认法,核磁共振成像。原子是由电子和原子核组成的。原子核带正电，它们在不断地做自旋运动。当外磁场时，按量子力学原则，允许的自旋态也是量子化的，因此在磁场中不同取向的自旋核所具有的能量就会有所不同，即能级产生了分裂。当外加合适频率的电磁波时，可以引起原子核两个能级的跃迁：处于低能级的核可以吸收频率与其旋转频率相同的电磁波跃迁到高能级，使原子核的能量增加，而处于高能级者则发射能量回到低能级，两者的跃迁的几率是相同的，但由于任意温度下处于低能级的核总是多于处于高能级的核，因此总起来说仍表现为对电磁波的净吸收现象。核磁共振（nuclear magnetic resonance,简称NMR）,是指原子核在外加恒定磁场作用下产生能级分裂，从而对特定频率的电磁波发生共振吸收的现象。科学家在1945年核磁共振现象。由于不同的原子核吸收不同的电磁波，因而通过测定和分析受测物质对电磁波的吸收情况就可以判定它含有哪种原子，原子之间的距离多大，并据此分析出它的三维结构。这种技术已经广泛地应用到医学诊断领域。NMR波谱学研究的对象是原子核自旋。核自旋系统可以用射频场进行随心所欲的操纵，这就为理论物理学家和实验物理学家演示量子力学和统计力学的基本概念提供了最简单的和教科书式的测试系统。核自旋实际上已成为科学家探讨物质世界的“探针”。这些“探针”极端定域，能够详尽地报告它们自己以及近邻的状态核变化。它们之间的偶极－偶极相互作用和标量耦合相互作用能够分别提供原子核间距或化学键二面角等分子几何信息，从而使从分子和原子水平上研究宏观物质成为可能。NMR技术已经发展成为研究液态分子的极为重要的手段，而对于溶液中的DNA和蛋白质构象的研究，NMR是目前唯一的方法。因此，化学家和生物学家成了NMR及自旋系统最大的受益者。核磁共振现象发现五十多年来，已经有多位著名科学家得诺贝尔奖。现联系一些有重要贡献的科学家的主要贡献对核磁共振及其相关研究作简要的回顾。

磁矩是由许多原子核所具有的内部角动量或自旋引起的，自1940年以来研究磁矩的技术已得到了发展。物理学家正在从事的核理论的基础研究为这一工作奠定了基础。1933年，GO斯特恩（Stern）和I艾斯特曼（Estermann）对核粒子的磁矩进行了第一次粗略测定。美国哥伦比亚的II拉比（Rabi生于1898年）的实验室在这个领域的研究中获得了进展。这些研究对核理论的发展起了很大的作用。当受到强磁场加速的原子束加以一个已知频率的弱振荡磁场时原子核就要吸收某些频率的能量，同时跃迁到较高的磁场亚层中。通过测定原子束在频率逐渐变化的磁场中的强度，就可测定原子核吸收频率的大小。这种技术起初被用于气体物质，后来通过斯坦福的F.布络赫（Bloch生于1905年）和哈佛大学的EM珀塞尔（Puccell生于1912年）的工作扩大应用到液体和固体。布络赫小组第一次测定了水中质子的共振吸收，而珀塞尔小组第一次测定了固态链烷烃中质子的共振吸收。自从1946年进行这些研究以来，这个领域已经迅速得到了发展。物理学家利用这门技术研究原子核的性质，同时化学家利用它进行化学反应过程中的鉴定和分析工作，以及研究络合物、受阻转动和固体缺陷等方面。1949年，WD奈特证实，在外加磁场中某个原子核的共振频率有时由该原子的化学形式决定。比如，可看到乙醇中的质子显示三个独立的峰，分别对应于CH3、CH2和OH键中的几个质子。这种所谓化学位移是与价电子对外加磁场所起的屏蔽效应有关。(1)70年代以来核磁共振技术在有机物的结构，特别是天然产物结构的阐明中起着极为重要的作用。目前，利用化学位移、裂分常数、H—′HCosy谱等来获得有机物的结构信息已成为常规测试手段。近20年来核磁共振技术在谱仪性能和测量方法上有了巨大的进步。在谱仪硬件方面，由于超导技术的发展，磁体的磁场强度平均每5年提高1.5倍，到80年代末600兆周的谱仪已开始实用，由于各种先进而复杂的射频技术的发展，核磁共振的激励和检测技术有了很大的提高。此外，随着计算机技术的发展，不仅能对激发核共振的脉冲序列和数据采集作严格而精细的控制，而且能对得到的大量的数据作各种复杂的变换和处理。在谱仪的软件方面最突出的技术进步就是二维核磁共振（2D—NMR）方法的发展。它从根本上改变了NMR技术用于解决复杂结构问题的方式，大大提高了NMR技术所提供的关于分子结构信息的质和量，使NMR技术成为解决复杂结构问题的最重要的物理方法。①2D—NMR技术能提供分子中各种核之间的多种多样的相关信息，如核之间通过化学键的自旋偶合相关，通过空间的偶极偶合（NOE）相关，同种核之间的偶合相关，异种核之间的偶合相关，核与核之间直接的相关和远程的相关等。根据这些相关信息，就可以把分子中的原子通过化学键或空间关系相互连接，这不仅大大简化了分子结构的解析过程，并且使之成为直接可靠的逻辑推理方法。②2D—NMR的发展，不仅大大提高了大量共振信号的分离能力，减少了共振信号间的重叠，并且能提供许多1D—NMR波谱无法提供的结构信息，如互相重叠的共振信号中每一组信号的精细裂分形态，准确的耦合常数，确定耦合常数的符号和区分直接和远程耦合等。③运用2D—NMR技术解析分子结构的过程就是NMR信号的归属过程，解析过程的完成也就同时完成了NMR信号的归属。完整而准确的数据归属不仅为分子结构测定的可靠性提供了依据，而且为复杂生物大分子的溶液高次构造的测定奠定了基础。④2D—NMR的发展导致了杂核（X—NMR），特别是13C—NMR谱的广泛研究和利用。杂核大多是低丰度，低灵敏度核种，由于灵敏度低和难以信号归属，以往利用不多。但X—NMR谱包含有大量的有用结构信息，新颖的异核相关谱（HET—Cosy）提供的异核之间的相关信息（如H—C，C—C，H—P，H—N）不仅为这些杂核的信号归属提供了依据，而且能提供H—NMR所不能提供的重要结构信息。⑤2D—NMR技术的发展也促进了NOE的研究和应用的发展。NOE反映了核与核在空间的相互接近关系，因此它不仅能提供核与核之间（或质子自旋耦合链之间）通过空间的连接关系，而且能用来研究核在空间的相互排布即分子的构型和构象问题。2D—NMR技术由于其突出的优点和巨大的潜力，在谱仪硬件能够满足2D—NMR实验（即进入80年代）以后的短短几年时间内，已有1000余篇论文和数十种评论和专著出现。(2)NMR中新的实验和应用几乎每天都在出现，NMR技术本身今后将继续就如何得到更多的相关信息，简化图谱，改善和提高检测灵敏度等几方面进行发展，其中最富有发展前景的新技术有：①选择和多重选择激励技术，进一步发展多量子技术，通过采用先进的射频技术激发那些在通常情况下禁阻的，极其微弱的多量子跃迁。选择性地探测分子内核与核之间的特定相关关系。或通过特形脉冲（shaped pulse）和软脉冲选择性地激发某些特定的核，集中研究某些感兴趣的结构问题。②“反向”和“接力”的检测技术，在异核相关谱方面，采用反向检测（称之为inverseNMR，即通过H检测来替代以往的用杂核检测的测试方法）可大大提高异核相关谱的检测灵敏度（约1个数量级）。在同核相关谱方面，通过接力相干转移（RCT—1），多重接力相干迁移（RCT—2）和各向同性混合的相干转移技术（如HOHAHA）可用来解决复杂分子（包括生物大分子）的自旋偶合解析和信号归属问题。③发展并应用谱的编辑技术，利用NMR本身在激发和接收方面的多种多样的选择和压制技术，可对十分复杂的NMR信号进行分类编辑。④发展三维核磁共振（3D—NMR）技术，随着NMR的研究对象向生物大分子转移，NMR技术所提供的结构信息的数量和复杂性呈几何级数增加，近来已出现3D—NMR技术来替代2D—NMR方法，用于生物大分子的结构测定。初步探索的结果表明3D—NMR方法不仅进一步提高了信号的分离能力，并且能提供许多2D—NMR方法所不能提供的结构信息，大大简化结构解析过程。3D—NMR测定方法的广泛使用还有待于测定方法进一步改进和计算机技术的进步。⑤与分子力学计算相结合，发展分子模型技术。在NNR信号完全归属的基础上，利用NOE所提供的分子中质子间的距离信息、计算分子三维立体构造的技术近年来在多肽和小蛋白质分子的研究中取得了巨大的成功。以距离几何算法和分子动力学为基础的分子模型技术（molecular modelling）正在逐步应用于其它各种生物分子的溶液构象问题。但在大分子与小分子或小分子与小分子相互作用的体系还有许多问题有待解决，例如在运动条件不利的体系中如何得到距离信息和距离信息的精度等。(3)NMR波谱技术今后最富有前景的应用领域有以下几个方面：①继续帮助有机化学家从自然界寻找具有生物活性的新颖有机化合物，今后这方面的研究重点是结构与活性的关系。即研究这些物质在参与生命过程时与生物大分子（如受体）或其它小分子相互作用的结构特征和动态特征。②更多地用于多肽和蛋白质在溶液中高次构造的解析，成为蛋白质工程和分子生物学中研究蛋白质结构与功能关系的重要工具。并朝着采用稳定同位素标记光学CIDNP法与2D—NMR，3D—NMR技术相结合的方向发展。③NMR技术将广泛用于核酸化学，确定DNA的螺旋结构的类型和它的序列特异性。研究课题将集中在核酸与配体的相互作用，其中核酸与蛋白质分子、核酸与小分子药物的相互作用是最重要的方面。④NMR技术对于糖化学的应用将显示出越来越大的潜力，采用NMR技术来测定寡糖的序列，连接方式和连接位置，确定糖的构型和寡糖在溶液中的立体化学以及与蛋白质相互作用的结构特征和动态特征将是重要的研究领域。⑤NMR技术将更多地用于研究动态的分子结构和在快速平衡中的变化。以深层理解分子的结构，描示结构的动态特征，了解化学反应的中间态及相互匹配时能量的变化。⑥NMR技术将进一步深入生命科学和生物医学的研究领域，研究生物细胞和活组织的各种生理过程的生物化学变化。以上都是与溶液NMR研究有关的领域，近年来固体NMR研究的NMR成象（imaging）技术也取得了巨大的进步，并在材料科学和生物医学研究方面继续发挥重要的作用。

不是水贴，顶多算是比较碎碎念型的版主，浅谈一下对ESR的了解，当做接触第一年的感想及总结，初入宝地，多多见谅，有说的不准确的地方欢迎大家指正【简介】接触ESR或者也有人叫EPR，全称是电子自旋共振波谱仪，或电子顺磁共振波谱仪，是磁共振下面的一大分支，经常听名字被误会成核磁共振，以为是医院里做检查的那个玩意儿，实际上两者的关系，在我理解上，就像是一个大导带了好几个学生，总体上的大领域是围绕着磁共振来的，只是有人研究原子核，就分化成核磁共振，有人研究核外电子，就分化成ESR，简单的说，是磁共振波谱学的不同分支。【原理】再说到ESR，原理是因为[font=微软雅黑][color=#121212]电子自旋能级在外磁[/color][/font][font=微软雅黑][color=#121212]场的作用下发生塞曼分裂，同[/color][/font][font=微软雅黑][color=#121212]时在外加微波能量的激发下电[/color][/font][font=微软雅黑][color=#121212]子从低能级向高能级跃迁的共[/color][/font]振现象。它被认为是唯一能够直接检测和研究未成对电子顺磁性物质的一种波谱学技术，不需要对样品进行复杂处理，无损，直接，还能进行定性及定量研究。【研究对象及应用领域】由于顺磁实在是有点小众，整个国内做这个的人加一起可能都比不过一个上市公司的员工数，笔者简单罗列一些目前可能会用得上的研究对象，[font=微软雅黑][color=#000000]自由基[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]、孤立单原子、[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]金属单质、导体、磁性分子、过渡金属离子、稀土离子、[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]离子团簇、配合物、缺陷材料、金属蛋白酶、辐照样品、[/color][/font]金属催化等。对应的，就可以推出它的应用领域有以下：[color=#000000]化学---[font=微软雅黑][color=#000000]催化机理、氧化还原、过渡金属氧化[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]物、聚合反应机理 [/color][/font][/color][font=微软雅黑][color=#000000]物理和[/color][/font][color=#000000]材料---[font=微软雅黑][color=#000000]金属富勒烯、单晶缺陷、高分子材料、[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]缺陷材料（光纤、宝石）、磁性材料[/color][/font][/color]地质---年代地质学、考古学[color=#000000]环境---[font=微软雅黑][color=#000000]光催化、芬顿反应污水处理、大气污[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]染研究、土壤污染[/color][/font][/color][font=微软雅黑][color=#000000]生物医[/color][/font][color=#000000]疗---[font=微软雅黑][color=#000000]大分子（核酸、蛋白质）结构、[/color][/font][font=Arial][color=#000000]ROS[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]、[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]衰老与疾病、职业病防止与研究[/color][/font][/color][color=#000000]食品---[font=微软雅黑][color=#000000]食品辐照、食用油酸败（货架期）[/color][/font][/color][color=#000000]工业---[font=微软雅黑][color=#000000]辐照计量、啤酒风味、钻石质量评价、[/color][/font][font=微软雅黑][color=#000000]烟草[/color][/font][/color]大家如有兴趣可以留言补充，目前都有哪些领域的老师会用得上【仪器厂家】做这个领域的都知道，其实不仅仅是ESR是这样，整个实验室里的仪器，还是进口占多数，和导师还有师兄师姐们为了做实验吃过太多亏，外送测样，借别人实验室的仪器，或者另辟蹊径通过愚公移山的精神坚持不懈的做，都有过，每当感觉顶不住了下定决心要买一台的时候，又总是由于这样那样的原因拖了很久，一方面是流程上确实会比较繁琐，更多的还是因为没有钱，进口的机器动辄上百万上千万，都是刚开始好，后面出问题了找不到人，或者只换不修，或者其他什么原因，搞得很心累，为了这个仪器，前前后后调研了很久，把我调研期间的总结浅发一下，大家供参考：国外：布鲁克---德国+老牌，不用多说了，除了贵点没啥好说的日本电子---日本，也做了不少年了，核心参数上比布鲁克差点，价格上也低点Adani---俄罗斯，暂时就可以不考虑这款了，只有台式，且核心参数比同类产品差国内：国仪量子---比较惊喜的发现，国内也有做顺磁的厂家了，参数和布鲁克齐平，价格便宜不少之所以只说的这么浅，是因为买这个仪器基本都得定制，说我的配置不一定对每个人都有参考意义，只说基础印象，不用被我的观点引导不过有需要多说两点的是，真的蛮惊喜的一点，国内居然也有做顺磁的厂家，终于打破了垄断，不过因为国内目前只有这一家企业，也比较新，还是要谨慎测样确认机器性能，他们好像是中国科大孵化的企业，这个背靠大树嘛，可以多给与一点期待。好嘞，说了这么多，如果对大家有帮助的话，欢迎大家积极留言点赞哦本人只是一个双非研究生，比不过各位大神，请轻喷，求放过我们这个贴活跃度太低了，人也少，果然还是小众的圈子啊，希望能多结识一些大佬带我飞，哈哈

高场的核磁共振仪和低场的核磁共振仪测出的谱有什么区别？

[b]1.Varian 200 兆核磁共振仪与[b]Varian 300 兆核磁共振仪的主要功能区别在哪里？2.[b]Varian 200 兆核磁共振仪是否作H谱和C谱都能做？具体怎样做？[/b][/b][/b]

中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室潘建伟院士及其同事包小辉、赵博等同德国研究人员合作，实现了具有高读出效率及长存储寿命的高性能量子存储器。该实验在国际上首次将长存储寿命和高读出效率在单个存储器内结合起来，向可升级长程量子通信及可升级光学量子计算迈出了至关重要的一步。该工作于5月20日发表于《自然—物理学》。 量子存储器的主要用途是存储单个量子态，从而实现不同量子操作的时间同步。量子存储器是量子中继及大尺度光学量子计算中的关键器件，其核心性能指标是存储寿命和读出效率。目前，量子存储器已经在冷原子系综、热原子系综、单个中性原子、低温固体、金刚石色心等体系中实现。从其核心性能指标来看，冷原子系综的发展水平远优于其他实验体系，最有希望被用于可升级量子通信和光学量子计算。因此，冷原子系综体系一直是国际上量子存储及其应用方面的主要研究热点。到目前为止，作为量子存储器最重要应用之一的量子中继单元也仅在冷原子系综体系内被实现。 在以往研究中，延长存储寿命和提高读出效率这两部分往往是分开进行的，使得存储寿命和读出效率这个两个主要指标没有得到同步提升。具体来讲，在以往实现长寿命量子存储的实验中，尽管存储寿命已经提升至毫秒量级以上，但读出效率却仅为20%左右；在实现高效量子存储的实验中，尽管读出效率已经提升至70%以上，但存储寿命却仅有几百纳秒到几微秒左右。仅单一性能指标较好的量子存储器无法满足量子中继及光学量子计算等的实际应用需求。 在提升存储寿命方面，潘建伟小组在2008年发现原子团内的随机运动带来的自旋波乱相构成了限制毫秒级量子存储的主要物理机制，并通过延长自旋波波长的方式，成功地提升存储寿命至1毫秒。在提升读出效率方面，相关研究结果表明，利用光腔增强的方式可以有效地提升读出效率。因此，如何将长寿命量子存储及腔增强量子存储这两部分的方法、技术相结合，是在冷原子系综体系内实现长寿命高效量子存储器的关键。 为了延长自旋波波长，需要采用共线读写的几何结构。为了区分前向散射与背向散射过程，需要采用环形腔共振技术。这两部分相结合带来的一个重要技术难题是：需要实现环形腔与四个模式的同时共振。潘建伟小组通过巧妙的方案设计，将这一四重共振的技术难题简化为双重共振，降低了实验难度，最终成功实现了3.2毫秒的存储寿命及73%的读出效率。该成果为目前国际上量子存储综合性能指标最好的实验结果。论文审稿人认为，该工作是“朝向可升级量子信息处理方向的重要研究成果”，“开启了利用多个原子系综研究复杂量子信息方案的大门”。 潘建伟小组从2005年开始在冷原子系综量子存储方面开展了系统研究，迄今为止已经在《自然》、《自然—物理学》、《自然—光子学》和《物理评论快报》四份国际著名学术期刊上发表高水平论文十余篇，是目前国际上在量子存储研究方面居于领先地位的几个主要研究小组之一。 论文链接

共振发射线：原子外层电子由第一激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振发射线；共振吸收线：原子外层电子从基态跃迁至第一激发态所吸收的一定波长的谱线称为共振吸收线； 共 振 线：共振发射线和共振吸收线都简称为共振线。

高场的核磁共振仪和低场的核磁共振仪测出的谱有什么区别

美国能源部(DOE)伯克利劳伦斯国家实验室(Berkeley Lab)和加州大学(UC)伯克利分校的研究人员已经论证，金刚石可能是未来的核磁共振(NMR)和磁共振成像(MRI)技术的关键。 Alex Pines的研究小组记录了第一块室温下任意磁场和晶体取向下，金刚石中碳-13原子核的原位NMR超极化。 Alexander Pines是伯克利实验室材料科学部和伯克利大学Glenn T. Seaborg化学教授席位的高级学院教授，在其主导的一项研究中，研究人员记录了第一块室温下任意磁场和晶体取向下，金刚石中碳-13原子核的原位NMR超极化。超极化的碳-13自旋信号显示NMR/MRI信号敏感度得到了相对于传统的NMR/MRI磁体在室温下通常可能的信号敏感度超出多个数量级的增强。此外，这种超极化是使用微波实现的，而不是依靠精确的磁场来进行超极化转移。 Pines是发表在《Nature Communications》上一篇关于本研究的论文的通讯作者。该论文的标题是《金刚石中光泵浦氮空位中心的室温原位原子核自旋超极化》。Pines研究小组的一位成员JonathanKing是该文的第一作者。 作者报告，观察到了百分之六的体原子核自旋极化，这是一个比热平衡大170000倍左右的核磁共振信号增强。超极化自旋信号可以通过标准NMR探针进行原位检测，不需要来回移动样品或者精确的晶体取向。作者认为这种新的超极化技术应该可以使在室温条件下对固体和液体的核磁共振研究的灵敏度得到数量级上的增强。 “我们的研究结果代表了一个与Weizmann科学研究所的Lucio Frydman和其同事在其开创性实验中得到的结果相当的核磁共振信号增强，但是是在金刚石中通过微波诱导动态原子核超极化，不需要精确控制磁场和晶体取向，”Pines说：“室温超极化金刚石打开NMR/MRI极化从一个惰性、无毒、易分离的源转移到任意样本的可能性，这是当代NMR/MRI技术长期追求的一个目标。” 同时具有化学特异性和非破坏性的特点使NMR/MRI技术在包括化学、材料、生物和医学等的广泛领域内成为一种不可或缺的技术。然而，它的敏感度问题仍然是一个持久的挑战。NMR/MRI信号是基于电子和原子核的一种被称为“自旋”的本征量子特性。电子和原子核可以像一个旋转的小磁铁棒一样被分配一个“向上”或“向下”的方向状态。NMR/MRI信号取决于被往一个方向极化的核自旋的大多数——即极化程度越高，信号越强。Pines和他的研究小组成员经过几十年的努力，已经开发了大量的方法来超极化原子核的自旋。在过去的两年中他们一直专注于金刚石晶体和一种称为氮空位(NV)中心的杂质，在氮空位中心里光学和自旋自由被耦合在一起。 “当纯金刚石晶体的晶格中相邻的两个碳原子被从晶格中删除，留下两个空隙，其中一个被一个氮原子填充，另一个保持空缺的时候，就得到了一个氮空位(NV)中心，”Pines解释说。这使得在氮原子和空位之间出现非束缚的电子，产生独特和明确的电子自旋极化态。” 在之前的研究中，Pines和他的团队发现，低强度磁场可以用来将NV中心电子自旋极化传递到附近的碳-13原子核，从而产生超极化核。这个被称为动态核极化的自旋转移过程在以前就已经被用于增强核磁共振信号，但总是在高强度磁场和低温条件下进行。Pines和他的团队通过在金刚石旁边放置一个永久磁铁消除了这些要求。 “在我们的新研究中，我们利用微波而不是磁场来匹配电子和碳-13原子核之间的能量，从而消除了一些困难的对磁场强度和对准的限制，使得我们的技术更容易使用，”King说：“另外，在我们以前的研究中，我们通过光学测量间接推断核极化的存在，因为我们无法测试是样品整体极化还是只有非常接近NV中心的核被极化。通过完全消除对磁场的需要，我们现在能够用NMR直接测量大块样品。 在《Nature Communications》的文章里，Pines, King和其他共同作者说，可以有效地集成到现有的制造技术并创造高表面面积金刚石器件的超极化金刚石应该可以为极化转移提供一个通用的平台。 “我们希望利用现有的极化转移技术——如固体中的交叉极化和液体中的交叉弛豫，或NV中心外围核的直接动态核极化——来得到液体和固体的高度增强核磁共振,”King说，应该注意到，这种转移到固体表面和液体的极化转移之前已经被Pines的研究团队用激光极化Xe-129论证过。”我们基于光学极化NV中心的超极化技术更为强大和有效，应该适用于任意的目标分子，包括必须保持在接近室温条件下的生物系统。”

多种核磁共振谱仪使用的基本认识:核磁共振的原理: 化合物在强磁场下, 吸收无线电波.被吸收的波段, 就是化学位移 被吸收的量, 就是积分.核磁共振的检测主要步骤: 样品溶液放入谱仪腔体中, 进行扫描 (提供脉冲, 收集信号), 然后进行分析 (不一定用谱仪的软件, 可以把 FID 文档取出, 另外用软件在家用电脑处理).Bruker 与 国产谱仪的检测步骤较刁钻: 要求必须先给样品命名存谱,然后才接受检测指令. 其他的大小谱仪, 检测后满意觉得有存谱必要, 才进行存谱的操作 (命名, 找存档的位置).检测过程的小修饰:1) 考虑参数是否修改: 检测多少次, 谱宽范围, 使用溶剂种类2) 检测前确定: 匀场合适3) 匀场的前提要求: 锁场下好操作, 防止磁场漂移.所以, 核磁共振的检测步骤很单纯简单. 不要把检测或原理看得太难太复杂. 应该把握好主轴, 尽量避免旁枝修饰补充工作的干扰, 影响了理解.

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