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核磁共振技术及其应用 Techniques and Application on the Neclear Magnetic Resonance Spectroscopy
夏超
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核磁共振技术 核磁共振是磁矩不为零的原子核，在外磁场作用下自旋能级发生塞曼分裂，共振吸收某一定频率的射频辐射的物理过程。核磁共振波谱学是光谱学的一个分支，其共振频率在射频波段，相应的跃迁是核自旋在核塞曼能级上的跃迁。
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核磁共振的分类 固体核磁共振：不溶性的高分子材料、膜蛋白、刚性的金属以及非金属材料 液体核磁共振：有机化合物，天然产物，生物大分子
核磁共振成像：临床诊断的成像、研究动植物形态的微成像、功能成像和分子成像
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应用概述 核磁共振方法与技术作为分析物质的手段 ，由于其可深入物质内部而不破坏样品 ，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用 ，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、医疗以及材料等学科 ，在科研和生产中发挥了巨大作用 。
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一些实际的应用 分子结构的测定 化学位移各向异性的研究 金属离子同位素的应用 动力学核磁研究 质子密度成像 T1T2成像 化学位移成像
其它核的成像 指定部位的高分辨成像 元素的定量分析 有机化合物的结构解析 表面化学 有机化合物中异构体的区分和确定 大分子化学结构的分析 生物膜和脂质的多形性研究 脂质双分子层的脂质分子动态结构 生物膜蛋白质——脂质的互相作用 压力作用下血红蛋白质结构的变化 生物体中水的研究 生命组织研究中的应用 生物化学中的应用 在表面活性剂方面的研究 原油的定性鉴定和结构分析 沥青化学结构分析 涂料分析 农药鉴定 食品分析 药品鉴定
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NMR在生活方面的应用 食品分析： Calucci 等利用高分辨率和低分辨率固体NMR 技术研究了小麦种子老化对小麦面粉品质的影响，发现小麦种子的老化会造成小麦面粉中淀粉的刚性区域在淀粉各组分中所占的比例减少 Newman 等通过固体NMR 技术表明了自然成熟和乙烯催熟的奇异果中纤维素和多糖类物质的含量和结构并无明显差异。 Ratnayske 等发现熟南瓜的细胞壁多糖成分与生南瓜相似
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NMR在植物代谢研究中的应用 特定种类植物代谢物组学研究：
Yang 等通过对爵床科植物穿心莲代谢物中 4 种主要的萜类化合物1H-NMR 的定量检测，得到结果与高效液相色谱检测结果具有很好的相关性。 不同基因型植物代谢组学表型研究： Ren 等应用核磁共振（1H-NMR）和多变量分析技术，对野生型拟南芥和转基因拟南芥进行代谢指纹分析。基于核磁共振数据的主成分分析结果表面对分类起主要贡献作用的化合物被定性为一些具体的氨基酸，如苏氨酸和丙氨酸。
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NMR在植物代谢研究中的应用 生态型植物代谢组学研究：
Kim 等对中国卷心菜和韩国卷心菜提取物进行1H-NMR 和主成分分析，结果表明对 2 种地区卷心菜代谢组分分类起主要贡献作用的化合物被定性为 4- 氨基丁酸、甲酸、天冬酰氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、O- 磷酸胆碱、乙酸苯酯、苯基丙氨酸、丁酸盐、蔗糖、酪氨酸和缬氨酸，这些代谢物主要受到气候和地质条件影响有所变化。 受外界刺激后植物自身免疫应答： Canam 等应用基于核磁共振代谢轮廓分析和 PCA 分析技术研究伊索比亚芥黄籽和褐籽的耐盐性，发现黄籽代谢产物中色氨酸和甲酸含量增加，脯氨酸和苏氨酸也有所变化，结果表明褐籽比黄籽有更好的耐盐性
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核磁共振在医学上的应用 NMR成象技术与临床检测 NMR成像技术以其无辐射损伤、无破坏性、无试剂侵入、能获得全立体图像等突出优点很快就受到科学界的重视,技术发展非常迅速。其几乎集各种医学成像的优势于一身,很快就在临床定位、诊断和治疗监视中发挥了重要作用。
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用核磁共振层析“拍摄”的脑截面图象
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MRI is used for imaging of all organs in the body.
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NMR在生命科学中的应用 ①利用一维、二维甚至三、四维谱进行蛋白质的三维结构以及蛋白质与其它分子相互作用的研究；
②利用一维、二维谱，进行核酸的三维结构及其与其它分子相互作用的研究； ③利用一维、二维谱研究生物膜的动态结构等。
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1985年Wüthrich通过他提出的“利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构法” 测定了蛋白酶抑制剂IIA (proteinase inhibitor IIA, PDB ID: 1BUS, 2BUS) 的结构。 13
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NMR在生命科学中的应用 蛋白质与配体相互作用的NMR研究
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NMR在生命科学中的应用 NMR与生物分子的定量分析
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NMR在生命科学中的应用 NMR与代谢物的动态变化
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