核磁共振摘要

① 核磁共振在食品方面的相關資料

核磁共振技術在食品檢測方面的應用
摘要:綜述國內外核磁共振技術在食品檢測方面的技術研
究。從核磁共振技術定義與分類,及其對食品成分、分子結
構的分析以及水果品質無損檢測等方面的應用進行闡述。
從目前的應用現狀來看,該技術在食品檢測方面具有快速、
准確以及不損壞原料的優點,但在實際的應用中也還存在一
些問題,有待於進一步深入研究。
關鍵詞:核磁共振技術;食品成分;分子結構;水果品質;無損
檢測
是基於原子核磁性的一種技術, 20世紀中期由荷蘭物理學家
Goveter最先發現,後由美國物理學家Bloch和Purell加以完
善[ 1 ]。NMR技術可快速定量分析檢測樣品,對樣品不具破
壞性,而且簡便、靈敏度高;另外,利用該技術可在短時間內
同時獲得樣品中多種組分的弛豫時間曲線圖譜,從而能准確
地對樣品進行分析鑒定[ 2 ]。它的應用很廣泛,例如在食品加
工中,可用於測定物料的溫度和水分含量及狀態;在水果無
損檢測中,可用於水果的分級和內外部品質鑒定。
1NMR技術及其分類
NMR即在靜磁場中,具有磁性的原子核存在不同能級,
用特定頻率的電磁波照射樣品,當電磁波能量等於能級差
時,原子核吸收電磁能發生躍遷, 產生共振吸收信號[ 3 ]。
NMR現象來源於原子核的自旋角動量在外加磁場作用下的
進動,而自旋角動量的具體數值是由原子核的自旋量子數決
定的。迄今為止,只有自旋量子數等於1 /2的原子核的核磁
共振信號才能夠被人們利用, 常被利用的原子核有: 1H、
11B、13C、17O、19 F、31 P和23Na等。其中,氫核(1H)只有一個中
子,具有很強的磁矩,食品中的水、澱粉、糖和油中都有氫核,
所以質子核磁共振技術(即1H2NMR)常用於食品成分的非破
壞性檢驗[ 4 ]。
NMR技術主要有兩個學科分支:核磁共振波譜法(Nu2
clearMagnetic Resonance Spectros)和核磁共振成像技術
(Magnetic Resonance Imaging,簡稱MR I) [ 1, 3, 5 ]。
核磁共振波譜法是基於化學位移理論發展起來的,根據
所使用的射頻場頻率的高低,其又可分為高解析度NMR波
譜法和低解析度NMR波譜法。前者主要用於研究化合物的
分子結構,目前應用最廣的是1H2NMR和13 C2NMR。由於食
品結構復雜,該技術還只限於非常簡單的食品模型;後者是
通過NMR譜信號來分析食品的理化性質,信號的最初強度
與樣品中原子核數量直接相關。由於價格相對低廉,儀器相
對較小,低解析度NMR法已成為食品工業應用較為廣泛的
技術。
核磁共振成像技術誕生於1973年,它是一種無損檢測
技術。對於食品品質的檢測,NMR顯像可以使NMR波信號
在樣品中定位,為進行食品內部結構的直觀透視研究提供強
有力的手段,對食品加工和儲藏過程中的生化反應以及化學
變化進行跟蹤研究。
2對食品成分的分析
2. 1對食品中水分的分析
食品中水分含量的高低以及結合狀態直接對食品的品
質、加工特性、穩定性等有重要影響。NMR的一個重要應用
117
就是研究食品中水分的動力學和物理結構,它可以測定能反
映水分子流動性的氫核的縱向弛豫時間T1 和橫向弛豫時間
T2
[ 6 ]。當水和底物緊密結合時, T2 會降低;而游離水流動性
好,有較大的T2。這樣,就可以推測食品的相關特性。
2. 1. 1水分分布Engelsen等[ 7 ]的試驗結果表明,在焙烤
過程中T2 曲線顯示了多相性,並可分為3種變化(輕度結合
水上升,牢固結合水下降,水相飽和) ,還觀察到澱粉糊化的
主要轉變過程。MargitM等[ 8 ]利用低頻率NMR法研究凍藏
肉發現:冷凍溫度越低、凍藏時間越長,肉在解凍、烹飪時的
水分損失增加;高pH的新鮮肉比正常pH值的肌原纖維中
水分分布更均勻。
2. 1. 2水分含量馬斌[ 9 ]對在- 20～ - 40 ℃下儲藏的牛
肉、橘汁和面團等樣品,利用NMR技術進行非凍結水分含量
分析時發現:隨著溫度的降低,產品中水分不斷凍結,導致非
凍結水分含量顯著減少,由單點斜面圖像可以描繪出產品水
分分布的一維、二維圖像,從而為樣品在凍藏過程中如何保
證品質提供了依據。陳衛江等[ 9 ]利用3種方法即( F ID)曲
線法、自旋—回波( Sp in2Echo)法、高解析度NMR 波譜法對
食品含水量進行了對比分析。
2. 1. 3水分性質范明輝等[ 10 ]利用NMR技術分析研究了
與食品品質密切相關的水分子的流動性、持水力、水結合、水
化等性質。Esselink等[ 11 ]通過流變學、NMR、電子顯微鏡發
現生面團被擠成片狀後其中的麩質網狀結構形成並被打斷,
同時水分子流動性增加,生面團成型之後網狀結構恢復,水
分子流動性下降。Ruth H等[ 12 ]利用NMR技術對經不同處
理的新鮮乳酪進行快速檢測,得出處理方式不同,產品的黏
性、硬度以及脫水收縮的能力也不一樣的結論;而施高壓、加
輔料等處理也可能改變樣品中水的結構和分子性質[ 13 ]。
2. 2對食品中澱粉的分析
NMR技術用於澱粉研究,主要是利用體系中不同質子
的不同弛豫時間來研究澱粉的糊化、回生或玻璃化轉變[ 3 ]。
分子運動是多聚體玻璃化轉變的基礎,因此,利用脈沖NMR
研究碳水化合物和蛋白質在玻璃化轉變過程中與剛性成分
的自旋—自旋弛豫時間( T2 )的關系。當聚合物處於玻璃態
時, T2 不隨溫度而變,表現出剛性晶格的性質,玻璃化轉變
後,突破剛性晶格的限制, T2 隨溫度升高而增大。由T2 和溫
度曲線可求得Tg[ 14 ]。Midori K等[ 15 ]利用NMR及其成像技
術對大米蒸煮過程中澱粉糊化、水分含量及分布等進行了量
化。據楊玉玲等[ 16 ]用13C2NMR譜圖的信號強度之比來分析
直鏈澱粉、支鏈澱粉以及酸水解和酶水解後的支鏈澱粉樣品
的分支程度。Franck D等[ 17 ]也採用元素分析法、電泳技術
和NMR波譜法對表氯醇作用下麵粉與NH4OH形成的交聯
化合物進行了含量、流動性以及結構特性的分析,取得了比
較理想的結果。
2. 3對食品中脂類物質的分析
油脂因為其生理、營養、風味功能和廣泛的工業用途而
受到高度重視,單一的NMR方法是取代油脂質量控制中采
用固體脂肪指數( SR I)分析方法唯一可行的、有潛在用途的
儀器分析方法[ 18 ] ,從而為改進食品加工工藝和質量打下了
良好的基礎。Ballerini[ 19 ]利用MR I法可以對比牛肉中不同
質構(脂肪、瘦肉、連接組織)的差異,易於分析肉的切面,測
得真實的脂肪含量(而非僅只表面可見部分) 。M. B.
Mabaleha等[ 20 ]通過GC分析和NMR檢測對精煉的西瓜籽油
的各項質量指標進行對比評價,以確認它的可食用性以及能
否在市場上作為後備商業食用油推廣。
2. 4對食品中其他成分的分析
食品中鈉元素的含量與分布在很大程度上影響著食品
的口感和質地。Nobuaki I等[ 21 ]採用23Na2NMR 成像技術對
食品中鈉進行研究以期為食品的儲藏加工提供有效的幫助。
結果表明:NMR信號強度和食品中Na +濃度呈比例關系,並
且在很大程度上取決於Na + 的流動性。Hideki T等[ 22 ]利
用1H2NMR法研究了單萜內酯類化合物與食品風味的關系。
3對食品成分分子結構的測定
3. 1糖的結構的測定
糖的化學結構十分類似,僅僅是重復單元數不同或原子
排列次序不同,這些相似物用紅外光譜或其他一些分析手段
無法加以區別,而用13C2NMR就能明確區別其結構的微小差
異。據祝耀初等[ 23 ]報道NMR技術在食品中糖的分析測定
中常用D2O作溶劑,有時亦用氘代二甲亞碸(DMSO2d6 )作溶
劑,其測定結果代表了結晶態時糖的構型和純度。此外,糖
的各羥基都與同碳質子相偶合而產生裂分的雙峰。Wang
Yajun等[ 24 ]使(1→3) 2β2D2葡聚糖與硫酸在- 6 ℃進行異化
作用製得(1→3) 2β2D2葡聚糖硫酸鹽, 1H2NMR檢測結果證實
了該物質是葡聚糖的磺酸酯化合物,並且發現經磺酸化的多
糖物質在形態上變得鬆散了。
3. 2蛋白質和氨基酸的結構的測定
過去幾十年由於二維核磁共振波譜技術及其相應計算
方法的發展,核磁共振波譜學已成為研究蛋白質和氨基酸的
結構、空間構型以及動力學的重要工具。Niccolai等[ 25 ]在研
究MNEI(一種含96種氨基酸的甜蛋白)時,用帶順磁探頭的
梯度NMR圖譜儀研究其表面結構,以確定該甜蛋白可能的
絡合部位及與水的絡合情況。張猛等[ 26 ]綜述了甜蛋白的化
學位移、偶合常數、核間奧氏(NOE)效應以及同位素交換等
確定蛋白質或多肽的二級結構的方法。Joachim G等[ 27 ]對乳
清和雞蛋中的特定蛋白質的熱變性過程以及變性之後的性
質進行了低頻率NMR檢測。
另外,劉興前等[ 28 ]獲得了19種氨基酸的1H2NMR譜圖,
與《Hand book of p roton2NMR spectra and data》中相應的氨基
酸圖譜為對照進行比較,其中L2Ala、D2Ala、L2Leu、L2 Pro等6
種氨基酸完全一致,其餘13種非常類似;首次獲得L2絲氨酸
和L2色氨酸的1H2NMR譜。
118
安全與檢測2008年第6期
4對水果品質的無損檢測
4. 1內部品質及成熟度
核磁共振技術(NMR)是探測濃縮氫核及被測物油水混
合團料狀態下的響應變化,能顯示果實內部組織的高清晰圖
像,因此在測定含油水果如蘋果、香蕉的糖度和含油成分方
面有潛在價值[ 29 ]。Chaughu1e等[ 30 ]用自由感應衰減( F ID)
譜測定人心果中的可溶性碳水化合物,成熟與未成熟果實
的13C2NMR譜顯示:前者的葡萄糖和果糖各有一個峰,而後
者只有一個蔗糖峰。用1H2NMR 對人心果果實中的水分進
行檢測,結果發現在水果生長的早期,波峰較寬,說明水分的
活動性受到限制;在成熟果實的波譜中,糖峰處於水峰的右
邊且稍低,峰形不對稱,說明水與可溶性碳水化合物之間具
有相互作用。因此,觀察人心果的13 C2NMR譜和1H2NMR譜,
可從其峰的特點推測其水和碳水化合物的組成和狀態。另
外,桃、橄欖等水果核內含有富含水和油脂的種子,利用NMR
法可以觀察到暗色的圓圈中亮色的種子,利用此法可保證加
工過程中果核剔除干凈,使未加工果實及時分離出來[31 ]。
4. 2內部缺陷及損傷
龐林江等[ 32 ]在利用NMR技術對不同貯藏溫度下蘋果
內部褐變引起果實成分變化的檢測和監控方面也有報道。
Chen P等人[ 33 ]利用NMR 技術來測度桃和梨,結果發現在
NMR圖像中,果實的受損傷部分比鄰近區域更亮,有蟲害的
比沒有蟲害的部分要暗,乾枯的部分比正常部分要暗淡,有
空隙的部分要顯得暗淡。
4. 3貯藏過程中的變化
Barreiro等[ 34 ]運用MR I圖像技術對蘋果和桃子在不同
貯藏條件下的變化進行了研究,結果表明: CA貯藏明顯優於
冷藏。Kerr等[ 35 ]運用MR I技術觀察了獼猴桃在- 40 ℃流
動空氣中冷凍時冰形成的動態過程。這些都將為水果儲藏
提供有效的依據。
5結論
2000年9月在葡萄牙召開了第二屆「NMR技術在食品
中的應用國際會議」。其主要論題有固態NMR技術的最新
進展,在分析肉結構、食品中的pH及氧化還原反應、面團結
構、軟乳酪的感官特性以及在研究化學結構和分子活動性等
方面,還有用於鑒別橄欖油、鮭魚肉,分析豬腰肉、魚和芒果
中脂肪分布等方面的應用。
無論是食品的消費者還是生產者,都期待食品有高性價
比和高穩定性, 這就使得人們需要有各種優良的技術手段
來評價食品的質量。其中,NMR的穿透能力強,不受樣品厚
度的影響,而食品體系常常是不均勻的復雜體系,許多方法
都不能較好地適應。因此, NMR作為一種無損、無輻射、安
全高效的檢測方法在現代食品安全、食品結構與動力學、食
品監測與品質控制等方面有著很好的應用前景。然而,從目
前的研究現狀來看,今後在這方面的研究主要集中在以下幾
個方面:
(1) 更深入地研究NMR機理,將其應用到更復雜的食
品模型中,使其分析檢測不再局限於常量成分的檢測,比如
應用於食葯用菌多糖結構和活性的研究;將其研究結果推廣
到更多的果蔬加工過程中,從而能更好地監測和控制食品的
生產和質量;
(2) 在檢測某些物質的結構和性質時,可以結合固相微
萃取、分子蒸餾等技術來克服該技術對樣品質和量的要求。
由於食品組分的復雜多樣性,將NMR與GC或遠紅外等先
進技術先結合,能更准確有效地對食品品質進行定位;
(3) 降低核磁共振儀的造價和運轉費,得到推廣應用;
(4) 我國現有的分析檢測儀器比較落後,常規的分析檢
測方法破壞性大、既耗人力又耗時。因此,我國科研工作者
應努力研究國際上相關的鑒別檢驗技術成果,為我國對食品
生產和質量的全自動化控制提供技術支持。
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② 我想知道現在在蘇州做個腦部核磁共振得多少錢啊，醫保卡可以用嗎，謝謝各位

如果是蘇州當地人的醫保卡是可以用的，大概一千多塊錢。

③ 脈沖核磁共振的文章可以投什麼雜志

如果是國內期刊，《波譜學雜志》接收這方面的文章，可以試試

《波譜學雜內志》是國內磁共振波容譜領域唯一的學術性期刊，由中國物理學會波譜學專業委員會和中國科學院武漢物理與數學研究所共同主辦，創刊於1983年6月，季刊，中、英文混合刊

主要報道在磁共振波譜學、原子與射頻場和微波相互作用領域——包括核磁共振、磁共振成像、順磁共振、核電四極矩共振、光磁共振、微波波段原子頻率標准等方面的基礎與應用研究的新成果、新技術。

研究論文：報道學術價值明顯、有創新的系統性研究成果。全文篇幅（包括圖、表、參考文獻、中英文摘要）一般不超過6000字。
研究簡報：報道有創新性的部分或階段性研究成果.全文一般不超過4500字。
研究快報：快速(60～120天)簡要地報道NMR學科前沿領域的最新研究成果（刊登後仍可發表論文）。
綜述評論：結合自己的系統研究, 對NMR領域國內外最新研究進展作出綜合評述.。

④ 論文摘要翻譯，翻譯成英文，不要直接復制翻譯軟體上的，哪些東西不準。謝謝！

Abstract: Firstly, this article introces the theory of NMR(Nuclear Magnetic Resonance), which is action that the atomic nucleus of zero magnetic moment, being capable of spin-splitting of energy level under the effect of external magnetic field, resonantly absorb a particular radio frequency radiation to jump energy level. Basing on its occurrence mechanism, NMR is widely applied in every field. This article briefly introces NMR's technological application mechanism and its application in every field. Lastly, it describes NMR's practical application value and its development prospect.

⑤ 核磁共振222

核磁共振原理
核磁共振原理簡介
在國內核磁共振光譜儀之使用已有二十幾年的歷史，所提供的研究大多以化學位移(chemi
cal shift)及自旋－自旋間耦合(spin-spin coupling)，．做化合物構造鑒定之用，但目
前已經增購許多新型核磁共振光譜儀，具備許多新功能，例如可做二維核磁共振光譜固及
多重脈沖實驗而得到局部光譜圖，或者因研究需要而改變脈沖序列，這些新的功能，對各
方面的研究提供更多且詳細的資料，然而對脈沖核磁共振原理及應用，核弛緩(nuclear r
elaxation)的問題相當重要。國內一般人對化學位移及自旋間耦合較熟悉，而疏於對核弛
緩原理之了解，因此本文對此部份做粗淺的介紹，以實例說明核弛緩的觀念。

簡 介

核磁共振光譜(Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer)基本上和紫外線(Ultraviole
t, UV)、紅外線(Infrared, IR)光譜類似，是光譜分析重要的一支，在紫外線光譜和紅外
線光譜，只要有穩定的光源(source)，經過濾光鏡，得到樣品中分子可吸收的單色光，即
有吸收光譜。但是核磁共振則需在磁場(Zeeman field) 的作用下，具有磁矩的核才能產生
能階分裂(energy splitting)，其能差落在無線電磁波范圍 (radio frequency,l03~108
Hz，氫核在地磁能階分裂為2x103Hz)，與較高頻率(較短波長)的紫外光譜(electronic tr
ansition, 1014 Hz) 和紅外線光譜(vibrational transition, l012 Hz) 有下列三點差異
:

1. 「核磁共振光譜是使用無線電磁波發生器(radio frequency generator) 所產生之無線
電磁波使核激發，此無線電磁波發生器具非常小的頻率寬度( Du<<譜線寬度)，在固定頻率
，只要小能量即可產生許多光子(Photons)，光子多則受激發而導致誘發遷移(stimulated
transition)的機率大於自發的機率，但是在紫外及紅外線光譜，使用一般光源(source)
，其頻寬遠大於譜線寬度( Du>>line width)，必須經單色分光器來選擇某一單波長，因此
所得的單色光強度弱，此缺點可使用雷射做光源來彌補。

2. 無線電磁波其頻寬窄、光子多，若以波的性質來看，依測不準原理(uncertainty prin
ciple)，DnDy~ h(constant)，光子多(Dn大)則相之間差小(Dy小)，因此產生同相(cohere
nce)，在激發狀態此種同相的磁矩經過生命期T2，後，·因為自旋-自旋之間能量交換，所
以使得公轉(Precession)速度快慢不同，便失去相位關聯而導致凈磁矩量表褪(此稱為去相
)，依測不準原理可知其激發狀態能層誤差在大約h / T2，導致核磁共振吸收光譜有其譜線
寬度，而從此寬度可測得T2，從同相至去相是一種弛緩(relaxation)現象。此一過程謂之
自旋-自旋弛緩，稱T2為自旋－自旋弛緩時間。

3. 依據黑體輻射理論，自發發光(spontaneous emission)和頻率的三次方成正比(an3)，
在紫外線和紅外線光譜范圍，波長短(頻率高)在此范圍有吸收的分子被激發(exciting)後
，其自發發光的機率大，而經此機構回到基態(ground state)，這些系統不易造成飽和現
象(saturation)。在核磁共振因為核自轉之吸收范圍在無線電磁波，頻率低、能階差小且
自發發光率小，較易達到飽和現象，其由激發態回到基態過程的速率完全是由弛緩的機構
控制，在弛緩過程中將能量轉移至分子動能上(稱之為晶格運動)，故能提供動力學(dynam
ics)上的資料。而此種弛緩現象約在T1，時間後就消失，故定T1為自旋-晶格弛緩時間。

一般所謂的連續波核磁共振光譜(continuous wave)和紫外、可見光或紅外光譜一樣，其偵
測原理是利用樣品吸收光源(或激發源)能量多寡而得光譜。此種核磁共振光譜亦可由自旋
－自旋弛緩過程所得的訊號，經由傅立葉轉換至頻率空間而得到，所以弛緩過程以及弛緩
前激發准備過程在最近核磁共振光譜學的發展佔了相當重要的角色。諸如在化學分析應用
一般常見的一維核磁(1D-NMR)共振光譜，是將化學位移(chemical shift)和自旋-自旋間耦
合(spin-spin coupling)在同一座標上顯示，但會有擁擠及重疊的現象，對於較復雜化合
物有難以明確辨認之困擾。為了解決重疊現象，最近採用多重脈沖FT-NMR1(Multiple pul
se FT-NMR)，可做局部光譜編輯，或者應用二維核磁共振2(2D-NMR)，將有助於解析的變數
以另一空間表示之。在分析材料上由於固體的核磁共振技巧的發展3，材貿測定已可得到較
佳的解析度，更由於核磁共振攝影方法(NMR Image method)之發展，在醫學上的應用，補
充提供許多其他儀器無法得到的資料，使得NMR在化學、生化上，甚至醫學上有更好的分析
結果，更廣泛的用途。

原理

核磁共振是利用具有自旋角動量的原子核在磁場下能階分裂的一基本現象所發展出來的。
一般磁矩與其自旋角動量(a)有關m=g1a=g1Ih(g1: 磁轉比(magnetogyric ratio))，氫核的
自轉量子數(I)為1/2，磁矩m=gHIh(此時gH=2.6753xl04 radians sec-1 guass-1)在古典觀
念上如同一個帶電球體自旋，因此具有磁矩而與外加磁場作用，其所允許之量子態為2I+1
等於2個，即是m(磁量)等於 m1/2gHh (可想像成順磁場和逆磁場約兩個能態)。在無外加磁
場下，這二個量子態能量相等(degeneracy)，因此也就無法得核磁共振，但若加入一個外
加磁場和磁量作用，此二個量子態便能分裂，它們之間形成了一個能量差，依照波茲曼分
配率，此種磁核在高能階狀態的分布較少，在低能階狀態的分布多，我們舉一個例子來說
明此一分布，如果在室溫(25oC) 下有一試料含一莫耳之氫核放置在23500高斯(約地磁之3
萬倍)之磁場中(Ho=23,500G)。
圖一，上下兩條線分表代表高低能階，核狀態和外在磁場方向平行時以h表示之，反向時以
i表示之。在平衡狀態下，按照波茲曼分配(ae-E/kT)(圖一)可以算出在低能階約有3,000,
000x1017 個，高能階上有2,999,976x1017 個，二者相差只有百萬分之八而已。若在垂直
於磁場方向加入無線電磁波於此系統，其頻率(n)剛好對應於這二個能階之差(hn)，它就誘
發了這二個能階上分布的轉移，此時高能階上的分布，若激發所用的電磁波強度夠大時，
高能階之分布開始大於波茲曼分布律所得的結果，若高低能階分布相等 ，則達到飽和現象
。若激發源繼續施加時，高能階會比低能階有較多的分布，此種現象稱之為此系統具"負"
溫度(波茲曼分配率之溫度為"負"。)。當電磁波消失時，在高能階上狀態漸漸回復平衡時
之波茲曼分布，跳回低能階而放出能量，這個過程就是在前面所謂的自旋-晶格弛援現象，
又因此過程牽涉到垂直方向磁矩的變化，所以又叫垂直弛緩過程。

當一自旋核被置於一均勻外磁場(Ho)，則此磁場對核磁體產生一轉動力矩，促其繞場作陀
螺式公轉，其公轉角速度wo，等於磁轉比g(mgnetogyric ratio)與磁場強度Ho之乘積(Lar
mor equation wo=gHo)，此頻率稱 Larmor frequency。在剛激發後，若站在一繞Z軸旋轉
的座標上，其旋轉角速度亦為wo時，則看到凈磁量(即在前節所述剛激發後同相的磁矩)靜
止水平方向。此座標軸稱之為旋轉座標軸(當共振時，在旋轉座標上無Zeeman field的作用
，這好比在人造衛星上感覺不到地球重力場一樣)。而後此靜止於水平方向的磁量也因自旋
核問的能量交換導致去相。

前面提及之弛緩時間T1，及T2之測量，可加入不同的脈沖破壞原來之平街狀態，在移開脈
沖後，觀察恢復到原來平衡狀態的過程而測得。所施加的脈沖，習慣上稱之為某角度脈沖
，比如說90度脈沖是指在共振時所用電磁波磁場振幅H1和施加脈沖時間為t則有g1H1t=p/2
的關系，如施加時間為2t時，可得知為180度脈沖。在旋轉座標軸上90度脈沖是將平衡時間
將沿Z軸的凈磁矩轉90度至水平面上，180度脈沖是將凈磁矩轉至一Z軸上。此種旋轉和 La
mor precession之原理相同，因在旋轉座標上有效的磁場只有H1，其角速度為g1H1，所以
沿H1，旋轉90度所需的時間為t=p/2/g1H1。

在自旋－晶格弛緩(Spin-lattice relaxation)過程時釋出之能量由物質本身吸收，由於能
量很小，物質本身之溫度不致於改變(除非在極低溫(<10 oK))，此過程進行之快慢受到分
子構造、溶液黏滯性、溫度等影響，尤其是樣品中存在之順磁物質，使得弛緩較快。因此
可以利用T1來探討物質內分子動力現象，如分子構造、作用及擴散作用等之應用。此要探
討垂直方向磁矩的變化，有Zeeman磁場存在下，對平衡磁矩加以90度脈沖後，所測得磁矩
可由下式表示之

Mz(t)=Mz0(l-e-t / T1)

T1是弛緩常數，如果t >>T1，時，則e-t / T1接近於零，因此Mz恢復至平衡值Mz0。由上可
知T1愈短愈容易回到平衡狀態，T1愈長，則回到平衡狀態需較長的時間。

自旋－自旋弛緩(spin-spin relaxation)是探討橫方向磁矩的變化，又稱為水平弛緩(tra
nsverse relaxation)，如加以90度脈沖破壞平衡所測得在旋轉座標之磁矩可由下式表示之
:

MxR(t)=MxR(o)2

MxR(o)是指當H1，在旋轉座標之y軸，90度脈沖剛移開後同相之磁矩，其方向在x軸。有關
T2之應用在後面詳述之。

T1和T2測定方法的探討

l. T1(longitudinal relaxation time)之測定

(a) 反轉－回復法(Inversion-Recovery)5方法:

首先在y軸方向(參看圖二)，給一個180度脈沖，便在z軸方向的磁矩Mz反轉180度，此時 磁
矩為Mz(0)，經過t時間後，再於y軸方向給予90度脈沖，把剩餘的磁矩轉至x軸加以偵測，
所得訊號At。，為Mz(0)經t時間後剩餘之凈磁矩。在大於5倍T1時間後，讓磁矩恢復其平衡
值再重覆不同t時間之180度－t－90度脈沖序列，可得At的衰減速率，由ln(Ah-At)對t作圖
，所得斜率的倒數即為T1，其中At是經過t時間後給90度脈沖所得之訊號，Ah是指180度和
90度兩個脈沖間隔很長的時間之訊號，即為儀器測得平衡時之凈磁矩。使用此方法，首先
必需要預估樣品的T1，然後控制脈沖時間(即脈沖時間寬度)遠小於脈沖與脈沖之間的時間
(t)，而脈沖與脈沖之間的時間也要小於T,(即pulse ration time<< tT1時，磁量很快的
回到平衡狀態，則無法分析所得訊號，而脈沖時間又必須小於t，否則加入之脈沖尚未結束
時，已經開始衰褪(decay)，所得訊號並不是經過亡時間後之訊號，因此要測量准確T1，選
擇良好的實驗條件定必要的。

(b) 利用90度-t-90度脈沖測量T16
(1)首先在沿y軸方向給一個90度脈沖，使z軸方向的磁矩M，轉至x軸，經過「時間，部份回
到z軸。再給90度脈沖把此部份磁矩轉至x軸加以偵測，磁量Mz(t)=Mz(0) (l-e-t / T1)，
與(a)方法相同，可以測得T1。
(2)使用此方法的條件是T1>>T2，T2時間若很短，則經t時間後自旋-自旋弛緩已經完
全去相，不會殘余在x軸上，則測量T1值不受到T2影饗。

2. T2之測定
(a) Hahn7所提之自旋－回響(Spin-echo)測量T2的方法:

此方法是利用90度－t－180度－2t之脈沖序列，在2t時偵測訊號，詳述如下:

(1)當t=0時，Mz在z軸上(Mz,=Mzo)，沿y軸，加入一個90度脈沖．則Mz轉到x軸。
(2)由於磁場的不均勻(源由不均勻的靜磁場，化學位移，異核自旋問的耦合)，.使得公轉
速度不同，因此在亡時間內會有去相的現象。
(3)再沿y軸給180度脈沖，使得Mz倒轉-x軸。
(4)對於源由不均勻磁場、化學位移，以及異核間耦合所造成的速度差異的核，快的核仍然

以順時針方向運動，而速度慢的以逆時針方向運動。
(5)經過了2t時間，Mz聚合在-x軸，則可測得訊號。經過此x, y方向的運動後，利用MxR(t
)=MxR(o)e-t / T2 ，MyR(t)=MyR(o)e-t / T2 ，以不同t時間作實驗，便可由衰褪訊號而
得T2。
下面是Hahn方法，以六個不同t時間做實驗所得之訊號之實例圖。

(b)Carr-Purcell，方法測T2:
Carr和Punell在l954年提出二種測量T2的方法，簡單介紹如下:
方法(A): 採用90度－t/2－180度－5T1－FID，每次以不同「的時間做實驗，則由訊號變化
與「值的關系可以算出T，。(圖五a)
方法(B): 採用90度－t/2－180度－t－10度－180度，在t/2，3t/2，5t/2…之時間偵測訊
號，便可由衰褪情形算出T,(圖五b)。

3. 脈沖角度不正確時對T1測量之影響

T1時間之測量使用180度－t－90度之脈沖序列，若脈沖角度正確時，如前所述可由一系列
不同t時間實驗而求得T1(圖六a)。

但若所用的脈沖180度(或90度)並非正確的角度，而有一個f角度偏差，如180度－f(或90

度－f/2)則以下圖示之(圖六b)。

由圖六b之略圖，當180之脈沖角度不正確，而90度脈沖角度正確如圖4，T2不會影響T1之測
定，但是若90脈沖角度不正確如圖4\'時，若樣品之T2很短，則不會影響T1之測量，若T2不
很小於T1，則在x軸上之殘餘量會影響T1之測定。

T1和 T2應用簡介

在本文介紹裏我們說明了弛緩過程，自旋-自旋弛緩速率經由自旋一自旋間能量交換，但交
換之時間速率仍像自旋-晶格弛緩一樣受分子運動影響，若分子運動快(大於Larmor frequ
ency)，自旋系統和晶格接觸時間短，單位時間內遞交的能量視自旋-晶格作用而定，對同
一種自旋-晶格作用，接觸時間短(<<T1，T2)，自旋交給晶格的能量較小，因而使自旋系統
弛緩減慢，反之接觸時間長，自旋有較長的時間將能量交給晶格而達到平衡狀態，因此核
弛緩速率較快。&NBSP;

在下面的應用實例中，就是利用樣品中小分子運動快核弛緩慢，大分子運動慢核弛緩快，
進而分析樣品中不同成份的含量。

(a) 利用脈沖NMR迅速決定糖漿在各個過程之含水量
糖漿的製造過程有好幾個階段，因加工程序需要而每個階段含水量不同，可以採用脈沖NM
R方法來迅速檢測其中水份的含量。
其製造過程首先用水粹取糖，含水量大約有90%，然後經過壓榨，水含量約80%，最後加入
糖蜜，乾燥後其所含水量約12%。在最後階段含水量較少(約12%)，可以採用最簡單的90度
脈沖NMR方法。

這個方法基本上認為在取訊號之前，固體之弛緩衰褪訊號已完全消失，只有液體之訊號，
因此可以由單位重量樣品內質子之自由感應衰褪訊號對時間作圖(參看圖七)，再出圖八之
校正曲線可以求得樣品含水量。
由圖八中以已知含水量百分比的樣品與其所測得訊號(v/g)作圖，在7.5%到15%幾乎成一直
線
的關系，所以此方法非常適用於最後階段含水量較少的過程。
在最初過程含水量有90%，則採用上法不適用，因而採用90度－180度脈沖序列(Pulse-seq
uence)在時間2t偵測，如圖九。
利用已知水含量百分比樣品對回響訊號得校正曲線，則可得知未知樣品之水含量百分比(參
看圖十)。或採用100個Carr-Purcell脈沖序列所得回響的訊號對時間作圖，可以由其斜率
求得自旋-自旋弛援速率l/T2(參看圖十一)。然後可出已知水的含量百分比之樣品對弛緩速
率作圖，得一條校正曲線(見圖十二)，則可得知未知樣品之水含量百分比。
以上這二位方法，操作簡便，只要有桌上型脈沖NMR光譜儀及已設計好的脈沖程式在工廠中
，隨時可測得各個過程中之含水量，在一兩分鍾內，便可得到所需的分析資料。

(b)下面介紹一種迅速分析稻米中吸收的水份，水分子中的氫核，因水分子運動較稻米成份
帶氫核分子之運動來得快，因此水分子氫核弛緩慢而稻米成份氫核弛緩較快(FID衰減較快
)，所以可由簡單脈沖來區分不同情況的氫核(參看圖十三a、b)，因為NMR的方法是非破壞
性的，因此應用在稻穀的選擇是方便可行的方法。

(c)擴散系數之測定，利用質子的自旋一回響方法(spin echo method)可以測量擴散系數(
diffusion coefficient)，因質子之公轉角頻率與外加磁場成正比，若在外加磁場下，其
磁場有一線性梯度，則由於擴散作用，當質子妓散到不同的位宣，便感受到不同的外加磁
場，也就使得質子的運動頻率隨之改變，因而使自旋一回響之同相受擴散作用的影響，因
角頻率不同而
去相，故此可以由自旋一回響振幅對時間作圖和均勻磁場下的自旋一回響相比較，可以測
出樣品之擴散系數。

但此方法有一缺點，對於擴散系數較慢的樣品，需增加其磁場梯度，但磁場梯度增加時公
轉頻率變化大，自旋迴響變快，若此樣品之擴散慢時，分子擴散在自旋迴響衰褪時間內尚
未被觀察得到，便無法測得此樣品的擴散系數。最近採用脈沖磁場梯度(Pulsed magnetic
field gradient)隨時間改變磁場梯度的方法(以脈沖加入shim coil內造成梯度變化)，此
即是利用脈沖磁場梯度測量擴散系數，主要的優點是磁場梯度和產生自旋一回響的脈沖並
非同時，故磁場梯度之強度可以增加，對於較小擴散系數的樣品即可偵測，其次因為僅在
某段時間擴散作用自旋一回響有影響，時間明確，使測量更精確。

(d)核磁共振在醫學診斷之應用

首先我們利用自旋一回響之脈沖弛緩共振可以檢查並區別惡性腫瘤。(malignant tumors)
與一般正常組織(normal tissue)，因為在惡性組織內其細胞內液(intracelluler water)
之秩序度減少了，因而運動較快，T1較長，R. Damadian做一系列實驗，例如以肝癌(hepa
toma)其T1為0.826秒，T2為0.118秒，但正常肝臟(normal liver)，則T1為0.293秒，T2為
0.050秒，因此可以初步判斷組織是否正常，若再使用核磁共振攝影方法4配上表面線圈的
應用，則可以看到異常之部份影像，增進診斷之准確性。
(e)利用氫核磁共振當液體層析之感測器
自從1951年Suryan、Forsen、Rupprecht提出，核磁共振當感測器在流動系統比靜相系統所
測訊號強度增加5倍，主要的原因是流動液體，可以使已飽和自旋樣品流出，而流入新的未
飽和自旋的部份，因此控制流速是相當重要的，例如甲醇(純的)在298oK時T，為9.0秒，需
控制流速，使其在感測器的滯留時間比T1短，便可增加無線電波強度，使吸收訊號增加。
H-NMR當做高效能液體層析儀的感測器，可得到更多的資料。

結論

核磁共振光譜圖可以提供詳細資料，如化學位移、自旋－自旋間耦合、T1、T2等，尤其是
利用多重脈沖傅立葉核磁共振，不但可以做一般核磁共振光譜圖，且可以做局部光譜固及
二維核磁共振，在二個座標上顯示所需的資料，對於化合物的鑒定，提供有力的證據，更
由於固體核磁共振、核磁共振攝影術之發展，深入到各個層面，成為研究上的一個重要工
具。
更重要的是其能量差落在無線電磁波的范圍
成像原理：用特定頻率的射頻脈沖RF進行激發氫質子，吸收一定量的能而共振，即發生了磁共振現象。停止發射射頻脈沖，則被激發的氫原子核把所吸收的能逐步釋放出來，其相位和能級都恢復到激發前的狀態。這一恢復過程稱為弛豫過程（relax），而恢復到原來平衡狀態所需的時間則稱之為弛豫時間。
有兩種弛豫時間，一種是自旋-晶格弛豫時間（spin-lattice relaxationtime）又稱縱向弛豫時間（longitudinal relaxation time）反映自旋核把吸收的能傳給周圍晶格所需要的時間，也是90°射頻脈沖質子由縱向磁化轉到橫向磁化之後再恢復到縱向磁化激發前狀態所需時間，稱t1。另一種是自旋-自旋弛豫時間（spin-spin relaxation time），又稱橫向弛豫時間（transverse relaxation time）反映橫向磁化衰減、喪失的過程，也即是橫向磁化所維持的時間，稱t2。

人體不同器官的正常組織與病理組織的t1是相對固定的，而且它們之間有一定的差別，t2也是如此（表1-5-1a、b）。這種組織間弛豫時間上的差別，是MRI的成像基礎.

一般的MRI報告片有兩種圖像t1加權像（t1wI)和t2加權像（t2wI),前者一般反映器官的形態，後者反映病理組織（水腫）。

http://www.teach.ustc.e.cn/jpkc/guojia/dxwlsy/kj/part1/4-5.html
http://www.yiliaoqixie.com/MR.html

⑥ 翻譯一段納米材料的摘要(1)

全文翻譯

納米材料及納米技術摘要熱點問題已經在最近十年.這一論斷涉及新型納米材料制備及工程與功能增強,特別是納米表面和納米結構.這項研究包括兩部分; 在第一部分,散裝透明聚合物生產一種新型無機納米合成方法及其紫外線吸收已展開調查.在第二部分,納米微孔表層、銅、電鍍工藝制備及其對材料性能的沸騰--曾調查分析評價第一部分論文,大宗聚合物組成的無機納米聚(甲基丙烯酸甲酯)(有機玻璃)、鋅化合物編寫了原位溶膠凝膠聚合過渡鋅基復合有機玻璃.<固體heterophases混溶的有機和無機成分,通過原位溶膠凝膠聚合過渡鋅nanofillers有機玻璃內的雙重功能駐留劑乙醇胺,提供強大的互動界面上,既絡合交成分.綜合表徵聚合物-無機材料已廣泛開展以技術; X射線衍射,核磁共振、紅外、熱、熱、紫外光、署、掃描、透射電鏡和高分辨.齊有機玻璃-氧化鋅納米展出提高紫外線效果掩護全連射程紫外線氧化鋅的含量極低0.02毫微克以上.

⑦ 急需一篇關於」醫學影像先進設備」的論文

醫學影像儀器設備的維修保養方法

作者：張海成[1]

摘要：在現代醫學和回新型醫院的發答展進程中,先進醫療設備起到了決定性的推動作用。本文提出了以維護保養為主,故障維修為輔的新式維修觀念,來保證醫療設備的正常使用,使其最大化的發揮其應有效能。

關鍵詞：現代醫學 新型醫院 先進醫療設備 維護保養 故障維修

DOI： 10.3969/j.issn.1672-8270.2009.04.015

被引量： 6

年份： 2009

（來源：學術堂）