核磁共振 | NMR
核磁共振(NMR,NuclearMagneticResonance)是基於原子尺度的量子磁物理性質。具有奇數質子或中子的核子,具有內在的性質:核自旋,自旋角動量。核自旋產生磁矩。NMR觀測原子的方法,是將樣品置於外加強大的磁場下,現代的儀器通常採用低溫超導磁鐵。核自旋本身的磁場,在外加磁場下重新排列,大多數核自旋會處於低能態。我們額外施加電磁場來干涉低能態的核自旋轉向高能態,再回到平衡態便會釋放出射頻,這就是NMR訊號。利用這樣的過程,可以進行分子科學的研究,如分子結構、動態等。核磁共振技術的歷史[編輯]1930年代,伊西多·拉比...
核磁共振(NMR,Nuclear Magnetic Resonance)是基於原子尺度的量子磁物理性質。具有奇數質子或中子的核子,具有內在的性質:核自旋,自旋角動量。核自旋產生磁矩。NMR觀測原子的方法,是將樣品置於外加強大的磁場下,現代的儀器通常採用低溫超導磁鐵。核自旋本身的磁場,在外加磁場下重新排列,大多數核自旋會處於低能態。我們額外施加電磁場來干涉低能態的核自旋轉向高能態,再回到平衡態便會釋放出射頻,這就是NMR訊號。利用這樣的過程,可以進行分子科學的研究,如分子結構、動態等。
核磁共振技術的歷史[編輯]1930年代,伊西多·拉比發現在磁場中的原子核會沿磁場方向呈正向或反向有序平行排列,而施加無線電波之後,原子核的自旋方向發生翻轉。這是人類關於原子核與磁場以及外加射頻場交互作用的最早認識。由於這項研究,拉比於1944年獲得了諾貝爾物理學獎。1946年,費利克斯·布洛赫和愛德華·珀塞爾發現,將具有奇數個核子(包括質子和中子)的原子核置於磁場中,再施加以特定頻率的射頻場,就會發生原子核吸收射頻場能量的現象,這就是人們最初對核磁共振現象的認識。為此他們兩人獲得了1952年度諾貝爾物理學獎。
人們在發現核磁共振現象之後很快就產生了實際用途,化學家利用分子結構對氫原子與碳原子周圍磁場產生的影響,發展出了核磁共振譜,用於解析分子結構,隨著時間的推移,核磁共振譜技術從最初的一維氫譜(1H NMR)發展到13C譜、二維核磁共振譜等高級譜圖,核磁共振技術解析分子結構的能力也越來越強,進入1990年代以後,發展出了依靠核磁共振資訊確定蛋白質分子三級結構的技術,使得溶液相蛋白質分子結構的精確測定成為可能。
另一方面,醫學家們發現水分子中的氫原子可以產生核磁共振現象,利用這一現象可以獲取人體內水分子分布的資訊,從而精確繪製人體內部結構,在這一理論基礎上1969年,紐約州立大學南部醫學中心的達馬迪安通過測核磁共振的弛豫時間成功地將小鼠的癌細胞與正常組織細胞區分開來,在達馬迪安新技術的啟發下紐約州立大學石溪分校的物理學家保羅·勞特伯於1973年開發出了基於核磁共振現象的成像技術(MRI),並且應用他的設備成功地繪製出了一個活體蛤蜊的內部結構圖像。勞特伯爾之後,MRI技術日趨成熟,應用範圍日益廣泛,成為一項常規的醫學檢測手段,...