核磁共振仪原理

仪器信息网讯 为进一步促进我国低场核磁共振技术研究工作的开展和学术交流，并推进低场核磁共振技术在各领域中的应用，2013年10月12日，由上海理工大学主办、纽迈电子科技有限公司协办的&ldquo 第五届全国低场核磁共振技术及应用研讨会&rdquo 在上海理工大学召开，150余名来自不同专业领域的专家和学者出席了会议，仪器信息网应邀参加了此次会议。本次大会主席上海理工大学医疗器械与食品学院院长刘宝林教授主持了会议，上海理工大学副校长刘平发表了演讲，王欣博士代表庄松林院士宣读了贺词。 会议现场 上海理工大学教授医疗器械研究所所长聂生东教授 　　代表本次会议主办方，上海理工大学的聂生东教授围绕磁共振技术中的二维谱做了主题报告，聂生东教授谈到：&ldquo 二维谱的出现是核磁共振(NMR)检测技术的一次飞跃，从二维谱中可以快速、精确地对不同组分进行区分，因而在测录井和常规实验中被广泛采用。&rdquo 聂生东教授从实验采集数据中反演出二维谱的过程，比一维反演需要解决更多、更复杂的问题. 聂生东教授带领的团队通过研究罚函数正则化和子空间正则化两大类方法，分析了不同二维反演算法的优点和不足. 根据对近年来国内外相关文献的深入分析可知，虽说目前已有的二维反演算法都存在一定的局限性，但其仍然具有很大的发展空间。 中国石油大学地球物理与信息工程学院院长肖立志 　　作为我国核磁共振测井的开创者之一，肖立志围绕核磁仪器的发展历程做了报告，肖立志教授表示：&ldquo 目前，全球核磁共振仪器及耗材市场规模上百亿美金，其中占份额比较高的产品有液体高分辨核磁波谱仪、固体核磁波谱仪、医用核磁成像仪，而多孔介质核磁分析仪、井下油气核磁探测仪、地表资源核磁探测仪等低场核磁共振仪器近几年则异军突起。&rdquo 　　&ldquo 因高场核磁共振仪器因体积大、价格昂贵，低场化、小磁铁、便携式、低成本、个性化和掌上化成为了核磁共振技术的发展趋势。低场核磁共振仪器的第一应用是医学诊断，第二是化学研究，第三则是方兴未艾的&lsquo 多孔介质&rsquo 领域。如果说高场核磁共振仪器是医学诊断、化学研究的实验室里的&lsquo 阳春白雪&rsquo ，那么低场核磁共振仪器将成为每个实验室里的&lsquo 下里巴人&rsquo 。&rdquo 　　最后，肖立志指出：&ldquo 技术知识的普及、价格和速度的限制、解决方案的精细化要求、行业样品的多样性和丰富性是当前核磁共振仪器面临的挑战。&rdquo 上海交通大学纳米生物医学研究中心主任古宏晨 　　上海交通大学的古宏晨教授做了关于磁共振在生命科学领域应用的主题报告，古宏晨教授介绍说：&ldquo 磁共振成像成果(MRI)是八十年代发展起来的一项先进医学成像诊断成果，其性能比已有的其他成像诊断成果如X射线CT优越，主要用于软组织的检测与早期诊断，可以提高疾病早期诊断准确度。&rdquo 　　&ldquo 我目前的研究方向主要是磁共振成像造影剂。它是用来缩短成像时间，提高成像对比度和清晰度的一种磁性纳米材料。由于磁性纳米材料具有粒径小和强的可操纵性而被成功地应用于疾病的诊断与治疗以及生物物质的分离等方面，尤其是其作为造影剂在磁共振成像方面具有非常好的应用前景。&rdquo 海外华人磁共振协会主席、哈佛大学教授宋一桥 　　宋一桥主要介绍了核磁共振的基本原理以及核磁共振技术在多孔介质中测量流体信息的物理机制。之后，宋一桥针对生物医学、石油工业以及食品工业等不同研究领域中常见的多孔介质，如红细胞、骨骼组织、储层岩石及奶酪等特定对象，如何利用核磁共振技术有效地测量出人们所关心的物理信息，利用大量的实验谱图进行了详细的阐述，并说到：&ldquo 核磁共振技术在测量奶酪等多孔介质的流体信息有着自身的独到之处。&rdquo 分会场掠影 　　本次会议除了主会场主题报告外，还设置了食品农业、生命科学、地球物理与多孔介质、橡胶/材料/高分子4个分会场，来自不同专业领域的与会专家围绕着当前低场核磁共振技术发展中的一些关键问题，如短弛豫时间、微弱信号测量、分子扩散运动研究、提供成像分辨率等进行了广泛和深入的交流，并针对当前国内低场核磁共振技术应用及国产低场核磁共振仪器的发展提出建议。 上海纽迈电子科技有限公司总经理杨培强 　　作为此次会议的协作方负责人，杨培强表示：&ldquo 纽迈科技自第一届全国低场核磁共振技术及应用研讨会起坚持与主办方展开紧密合作，到现在已经连续合作了5届。现在这个会议的规模越来越大，从最初的50人发展到了现在的150余人，吸引了越来越多从事低场核磁共振技术开发与应用研究的国内外专家学者。随着核磁共振用户数量的扩大，我们应该吸引更多的低场核磁厂家一起推动技术的推广与应用，厂家、高校、研究院所、学会、政府等通过合作共同参与到推广应用中，使核磁共振技术能够广泛地为用户和社会创造应用和研究价值才更有意义，为此中国仪器仪表学会分析仪器分会同意成立核磁共振分析仪器专业委员会，今后将由专委会担当起主办方的职责。&rdquo 　　&ldquo 目前低场核磁共振技术的发展趋势主要有三点，一是能够测量更微弱的信号；二是对核磁信号有更快捷的有效响应速度；三是能够获得更多的有用信息。低场核磁共振仪器则主要表现在由实验室科研用发展为现场便携式、工业在线式等。作为一家专注于低场核磁共振技术及仪器开发的公司，我们希望在低场核磁共振仪器&lsquo 快弛豫、弱信号&rsquo 方面，开拓出更多的应用领域，为国内外用户创造更多的应用价值。&rdquo 合影留念

【科学人说科学】固体核磁共振：第N感&ldquo 看&rdquo 世界 　　主讲人：孔学谦 浙大化学系研究员 国家青年千人计划入选者 　　让我们把日历调到2050年，展望一下未来人的生活：如果一个人感到身体不适，他只需掏出一个手机大小的仪器对自己快速扫描一番，人体器官影像、血液生化指标、新陈代谢状况等全面的医学信息便一目了然，然后通过网络传输给医生做出诊断。医生呢，也可以随时利用这个仪器监测药物的作用部位和治疗效果。一个小小的仪器协助人们实现了精准医疗、远程医疗的理想。当然，这只是我的一个科学&ldquo 狂&rdquo 想，但最有可能将此仪器变为现实的就是核磁共振技术(Nuclear Magnetic Res-onance，NMR)。 　　核磁共振怎么&ldquo 看&rdquo ? 　　提到核磁共振，你或许马上想到医院里巨大的圆筒形的核磁共振成像仪(MRI)。的确，核磁共振从最初作为一个物理现象被认知，到医用的核磁共振成像仪协助人类进行医疗诊断，已大大造福人类，当然我们还期待它有更广泛的应用。这一领域经过70多年的发展，已经诞生了5次诺贝尔奖，7位诺奖获得者。它究竟有多神奇呢? 　　&ldquo 核磁共振&rdquo 中的&ldquo 核&rdquo 是指原子核，&ldquo 磁&rdquo 是指磁场。理解核磁共振的原理需要相当的量子力学基础，但不妨碍我们对它有个感性的认识：原子核就像小磁铁一样具有磁性，在外界磁场中，原子核会像陀螺一样旋转。而原子核的旋转可以吸收和释放特定频率的电磁波，它与调频广播FM的频率相当，我们把这个现象称为核磁共振。核磁共振不但能用来分辨物质的空间分布例如可以形成人体器官组织的影像，也可以帮你精确鉴定化学成分&mdash &mdash &mdash 每种化学或生物物质都有其特征的核磁共振谱线，例如分析药物的化学组成配方。 　　与人类发明的光学、X射线、电子成像等诸多技术相比，核磁共振的优势很明显，第一，核磁共振技术只用到低能量的电磁场，不损伤被测物体，人畜无害 所以核磁共振成像在医学上是肿瘤诊断、脑科学研究的重要手段 第二，具有极高的化学分辨率。核磁共振技术在生物和化学领域被用来鉴定化学分子结构和研究蛋白质结构和功能。核磁共振技术就像给人附上了第N感，让人透过表象&ldquo 看&rdquo 到各种微观和内部的世界。 　　把材料&ldquo 看&rdquo 个究竟 　　在各种不同的研究对象中，我最想&ldquo 看&rdquo 到的是固体材料中内部结构和化学反应机理，从而为新型功能材料，新能源材料的研发提供指导。在加州大学伯克利分校从事博士后研究期间，我加入了美国能源部资助的重点研究团队，团队正在为解决发电厂的碳排放问题，开发新型材料用来捕捉收集燃烧排放的二氧化碳。课题组的负责人OmarYaghi教授，是一位材料课题组金属有机框架材料(MOF)领域的创始人，他发明了一种全新的非常有前途的MOF材料，它布满纳米级别的微小孔道，可以像海绵一样选择性、高容量地吸附二氧化碳气体。那么问题来了，这种高性能的吸附机理是怎样的?Yaghi教授很想知道，这种材料内部的化学官能团，是聚集在一起呢，还是分散的排列? 　　要解决这个关键问题，我们必须&ldquo 钻&rdquo 到材料内部去&ldquo 看&rdquo 个究竟。这就好像要区分口袋里不同颜色的玻璃球&mdash &mdash &mdash 如果我把MOF材料三维结构比作玻璃球，而官能团则是它们的颜色。常见的X光衍射，电子显微镜等手段，可&ldquo 摸&rdquo 出球的大小、位置，但无法区别球的颜色。我设计了一种特别的核磁共振方法，不但可以&ldquo 看&rdquo 到球的颜色，而且可以看到色彩的图案。最终我的方法解开了有序晶体结构中不同化学官能团的排布谜题，深入阐释了材料纳米结构对二氧化碳吸附功能的影响。相关成果陆续在《科学》，《自然》等杂志上发表，这让更多人认可了核磁共振对材料结构认知的突破性贡献。 　　期待&ldquo 看&rdquo 到更多 　　2014年9月，我辞去美国硅谷的工作，正式入职浙江大学化学系，组建全新的具有世界水平的固体核磁共振实验室。我们实验室的根本目标是提升核磁共振技术应用的深度和广度。一方面，我希望核磁共振能使材料学科研究水平由单纯的结构表征提升到对整个工作体系的全面认知。这其中的关键有赖于原位表征技术的突破&mdash &mdash &mdash 即在反应进行过程中对物质进行直接研究，从而得到全面、准确、实时的信息。我们实验室正在着手构建这样的原位核磁共振系统，将具备流动态，变温，光照等多种特殊功能。另一方面，我希望核磁共振成为学术界、工业界乃至日常生活中可以大规模应用的技术。我们正在致力于推进核磁共振技术的小型化、便携化，让小型核磁系统能够媲美巨大且昂贵的超导核磁共振仪，在科学研究中发挥更大的作用。 　　核磁共振是一个持续快速发展的学科，新的技术不断出现。超导磁场的强度正在不断突破极限 新型的脉冲序列不断推出，将核磁共振的功能不断拓展 新型的超极化方法正在研制之中，可将核磁共振灵敏度提升成千上万倍 在医学上，新的核磁造影剂可以标记病变细胞组织，提升成像精度 在物理学上，核磁共振被用作量子计算的载体 传统的能源行业也在应用核磁技术勘探石油天然气&hellip &hellip 毋庸置疑，核磁共振必将在未来的科学研究和人民生活中扮演越来越重要的角色，我希望我的实验室能在核磁共振技术的进化过程中发挥推动作用，并期待有一天开文所描绘的情景变为现实。

2014年4月的喜讯： 林崇熙老师为仪器信息网网友贡献核磁共振波谱仪（NMR）系列讲座，已确定三期报告，公益讲座，会议名额有限，请尽快报名。 系 列 时 间 主 题 第一讲 2014-04-28 14:30 核磁共振谱仪的设备或零配件的功能解析 第二讲 2014-05-27 14:30 谱图处理软件Mestrec 与 MestreNova操作实例 第三讲 2014-06-24 14:30 NMR 谱图解析范例 专家介绍： 林崇熙 博士后 北京大学化学与分子工程学院副教授 研究领域和兴趣（部分）： 核磁共振的应用利用核磁共振的 2D、变温、多种核素检测技术研究化学反应的机理 探讨简易核磁碳谱在各种溶液体系中定性与定量分析的应用 科技部十五科研攻关项目&mdash &mdash 以NMR检测手性化合物e.e.值与绝对构型的研究； 国家自然科学基金科研项目&mdash &mdash 氮叶立德化学三苯基吡啶叶立德的化学研究以及官能基团转换反应的应用探讨。 系列讲座详细介绍： 讲座名称：核磁共振谱仪的设备或零配件的功能解析 时间：2014-04-28 14:30 课程介绍： 核磁共振NMR设备的功能与小故事,磁体、探头,、液氦液氮添加管路, 气路_空压机,电脑软件硬件, 联网, 变温配件, 转子-样品管。 如：磁体方面, 介绍其作用与原理, 生产磁体的公司,永久磁铁/电磁铁/超导磁铁三种磁铁的比较 顺便叙述磁场对生物的影响情况。 探头方面: 介绍多种探头的不同功能, 有二核/四核探头, 宽带探头, 低频探头, 低温探头, 微量探头, 反相探头, 正相探头, 二合一探头等. 顺便叙述碎管情况的探头处理。 讲座名称：谱图处理软件Mestrec 与 MestreNova操作实例 时间：2014-05-27 14:30 课程介绍： 重点范例介绍: Mestrec470 与 MestreNova8.0； 以及打开此二种软件程序和实例操作演示谱图的处理步骤； 操作内容包括: 氢谱的完整处理, 放置结构图与标定归属, 安插放大图, 拷贝到 words 文档 用MestrecNova 处理多种二维谱的演示； 备注：参加本次讲座人员, 可以下载获得此二软件。 讲座名称：NMR 谱图解析范例 时间：2014-06-24 14:30 课程介绍： 1、本次报告首先花几分钟时间快速回顾 part 1 的 "正确的解谱步骤", 和一些代表性谱图. 2、提供了上百个不同化合物具有特色的谱图范例 3、叙述与讨论几套含有完整的 H/ C/ 多种二维谱的范例 4、实例进行几个复杂化合物的谱图解析步骤 会议报名方式：点击链接马上报名或搜索讲座名称进行报名。