磁共振技术?你可能对它的强大一无所知!(上篇)

磁共振技术经过几十年的发展,目前主要有两大学科分支,即磁共振波谱(NMR)和磁共振成像(MRI)。通常我们所说的磁共振成像主要指大家相对熟悉的用于医学临床或科研的磁共振技术。此外,磁共振波谱技术在非医学领域的应用也十分广泛,例如,能源、化学、生物学、植物学、食品以及材料科学等。

能源领域

磁共振具有快速、准确、无损的特点,目前在传统能源如石油、煤炭领域的勘探、原位检测等有较多应用。

磁共振技术于20世纪末开始应用于石油地质研究,如今应用范围涉及石油地质、石油测井、石油化工等。例如,在测井领域,利用油与水弛豫时间的差别来检验油层,解决油气藏储层的评价和油气识别问题。另外,磁共振录井参数中包含了油气含量和产出能力等信息,可为试油层位的确定提供资料,为钻井施工设计提供可参考的地层压力梯度和破裂压力梯度。

图:核磁原位检测光催化分解水制氢反应示意图

同时,在诸如锂/钠离子电池材料、光催化等新能源方面,磁共振技术可实现原位无损检测且可以准确鉴定未知化合物结构,因此在微观反应过程研究中有一定优势。

☛ 化学领域

磁共振是现代化学领域中的重要技术类型,可以有效应用于有机化学、高分子化学、药物化学、物理化学等方面。例如在有机化学的分子结构测定中,目前应用最广、最成熟的是氢核共振,可提供化合物中氢原子的化学位移、相对数目等信息,为确定有机分子结构提供依据。

图:1.94T磁场中各种1H的共振吸收频率

另外,磁共振技术在药物研发的过程设计中也起着重要作用,可利用该技术进行配体的筛选,在确定药物的有效性等方面有着广泛的应用。

☛ 生物学领域

X射线晶体衍射、磁共振波谱、电镜三维重构是结构生物学的三种主要研究方法。其中,磁共振技术是天然产物尤其是复杂化合物结构鉴定与分析研究不可缺少的手段,可用于分辨不同分子结构上的细小差别,包括同分异构与立体异构化合物。该技术在生物酶、结构生物学、蛋白质科学研究中有广泛应用。

☛ 植物学领域

磁共振是一种具有高分辨率的能够可视化植物内部结构和代谢产物的技术。目前,已在植物生理发育、植物-环境相互作用、生物多样性、基因功能和代谢等方面展开研究。

图:磁共振扫描中的树根成像图

另外,在对突变植物进行分析时,需要以非破坏性的方法来确定突变的主要原因。磁共振技术的非侵入性特点,以及可同时监测一系列的结构、代谢和生理参数,使其成为可行的分析手段。

☛ 食品科学领域

磁共振技术在食品科学领域中的研究应用始于20世纪70年代初期,可在不侵入和破坏样品的前提下,进行快速、实时、全方位和定量的测定分析。常用于研究食品的物理及化学结构,食品的冷冻、干燥凝胶、再水化等过程。对食品中水分、油脂、碳水化合物、糖类、蛋白质等分析也有非常多的应用。

图:天然玉米淀粉的NMR图谱

☛ 材料学领域

磁共振技术是材料结构与性能的重要表征技术之一。例如,在高分子材料方面的应用,可进行定性分析、共聚物组成的定量、共聚物序列结构的研究等。

图:各类2D NMR谱在高分子研究中给出的信息

磁共振技术应用领域非常广泛,以上也仅列出少部分作为举例。它就像一双锐利的“透视眼”,带领人们探索奇妙世界。

参考文章

http://www.doc88.com/p-6088723976048.html

http://www.doc88.com/p-3137469846936.html

https://wenku.baidu.com/view/973ad0af760bf78a6529647d27284b73f2423623.html

https://wenku.baidu.com/view/eaf1c9ea102de2bd960588ce.html

https://www.baidu.com/link?url=RzHmdL0FSJG6G_ChYvVaoO8yK1PcaR_aDe38TNFixbcByHwUdxnq62KIrqd1UzucmzKPHiu4MrksY0dwDH0ugocJDc9MAUplRSR9OdfFuKq&wd=&eqid=935477f70000f8dd00000006617a0c37

https://d.wanfangdata.com.cn/thesis/Y2951583

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https://max.book118.com/html/2021/0120/6102241202003052.shtm

https://wenku.baidu.com/view/b30ded3016fc700abb68fc6f.html

https://www.westernsydney.edu.au/newscentre/news_centre/story_archive/2016/mri_imaging_moves_from_hospitals_to_forests_to_help_sick_trees

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-313X.2012.04927.x

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