低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術與(yu)應(ying)用概述(shu)

1.  什麽(me)是(shi)低場核磁共(gong)振(zhen)；

核(he)磁共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)按磁(ci)場強度可分(fen)為(wei)以(yi)下(xia)幾類(lei)：

>3.0T ———-高(gao)場強核磁；

1.0T-3.0T —–中場強核磁；

0.1T-1.0T —–低場強核磁；

<0.1T ———超(chao)低場強核磁；

低場核磁共(gong)振(zhen)主(zhu)要是(shi)指(zhi)磁場強度比較低的(de)核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)。低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術應(ying)用領(ling)域(yu)非(fei)常廣泛，而且還處在不(bu)斷(duan)拓(tuo)展之(zhi)中(zhong)，低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術主(zhu)要基(ji)於四(si)個方面(mian)進(jin)行樣(yang)品分析(xi)與(yu)檢測(ce)：（1）基(ji)於信(xin)號幅值(zhi)的(de)分(fen)析(xi)檢測(ce)；（2）基(ji)於圖像(信(xin)號二(er)維(wei)分(fen)布(bu))的(de)分(fen)析(xi)檢測(ce)；（3）基(ji)於弛(chi)豫時間(jian)的(de)分(fen)析(xi)檢測(ce)；（4）基(ji)於擴散(san)系數的(de)分(fen)析(xi)檢測(ce)。

低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術在(zai)食品農(nong)業、地(di)質(zhi)勘(kan)探(tan)、石(shi)油化(hua)工(gong)、生(sheng)物(wu)醫(yi)藥、材(cai)料科(ke)學(xue)等(deng)諸(zhu)多(duo)方面體(ti)現出越(yue)來越(yue)廣泛的(de)應(ying)用，成(cheng)為(wei)壹(yi)種(zhong)重(zhong)要的(de)分(fen)析(xi)測(ce)試工具(ju)。

下(xia)圖為(wei)0.5T磁(ci)場強度的(de)低場核磁共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)：

低場核磁共(gong)振(zhen)成(cheng)像分析(xi)儀

2. 低場核磁共(gong)振(zhen)與(yu)高場核磁共(gong)振(zhen)的(de)區別

高(gao)場核磁共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)主(zhu)要用於測(ce)試分子化(hua)學(xue)結(jie)構(gou)，通(tong)過化(hua)學(xue)位(wei)移(yi)得(de)到分(fen)子內(nei)部(bu)結(jie)構(gou)信(xin)息，研究領(ling)域(yu)屬(shu)微觀(guan)領(ling)域(yu)（分(fen)子內(nei)部(bu)），可進(jin)行1H、13C、31P，15N等(deng)多(duo)核波譜測量(liang)。

低場核磁主(zhu)要用於測(ce)試分子與分(fen)子(zi)之(zhi)間(jian)的(de)動(dong)力學(xue)信(xin)息，過(guo)弛(chi)豫時間(jian)得(de)到分(fen)子運(yun)動(dong)信(xin)息，分(fen)子(zi)與分(fen)子(zi)之(zhi)間(jian)的(de)作用信(xin)息；研究領(ling)域(yu)屬(shu)亞微(wei)觀(guan)領(ling)域(yu)（分(fen)子之(zhi)間(jian)），可測(ce)定玻璃(li)態(tai)轉(zhuan)化(hua)溫(wen)度、高分子(zi)材(cai)料交(jiao)聯密度、造影(ying)劑(ji)弛(chi)豫率、孔徑(jing)分(fen)布(bu)及(ji)孔隙(xi)度等(deng)，廣泛應(ying)用於食品工業(ye)、石(shi)油工(gong)業(ye)、醫藥(yao)工業、紡(fang)織(zhi)工(gong)業(ye)、聚合(he)物(wu)工(gong)業。

高場核磁具(ju)有高靈(ling)敏(min)度、高分辨率(lv)、高(gao)信(xin)噪(zao)比(bi)，但(dan)是(shi)對(dui)樣(yang)品均勻度要求(qiu)高，液(ye)體(ti)需(xu)要(yao)去(qu)離(li)子化(hua)，固體(ti)需(xu)要(yao)是(shi)粉末(mo)狀(zhuang)，而且儀器(qi)費(fei)用昂(ang)貴(gui)，安(an)裝需(xu)要(yao)專用場地，需(xu)要(yao)屏蔽設施(shi)，儀器(qi)需(xu)要(yao)液(ye)氮(dan)或液(ye)氦冷卻(que)，後續維護(hu)成(cheng)本非(fei)常高；

低場核磁使(shi)用永(yong)磁(ci)體(ti)，設備(bei)小(xiao)型(xing)化(hua)，靈(ling)活易(yi)於移(yi)動(dong)，維護(hu)簡單(dan)，易(yi)與(yu)其他設(she)備(bei)或配件整(zheng)合(he)，滿足(zu)在線高(gao)通量測(ce)試要求(qiu)。低場核磁共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)費(fei)用低，儀器(qi)內(nei)部(bu)已做屏蔽，安(an)裝場地不(bu)需(xu)特殊(shu)處理。非(fei)常適合(he)在線過(guo)程檢測(ce)、工(gong)業品控和質(zhi)檢；

3. 低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術原(yuan)理

低場核磁共(gong)振(zhen)技(ji)術主(zhu)要檢測(ce)為(wei)H質(zhi)子，也(ye)可以(yi)用於F信(xin)號測(ce)試。含(han)H樣(yang)品經(jing)過(guo)特定頻(pin)率(lv)的(de)射(she)頻(pin)激(ji)勵後(hou)，產生核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)信(xin)號。H核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)信(xin)號對(dui)應(ying)有(you)T1、T2兩(liang)個主(zhu)要參(can)數，通過(guo)測(ce)試T1、T2弛豫時間(jian)並進(jin)行建(jian)模(mo)，可用於食品、農(nong)業、石(shi)油勘(kan)探(tan)、聚合(he)物(wu)、固體(ti)脂(zhi)肪含(han)量(liang)…多(duo)方面研究。已有多(duo)種方法形(xing)成(cheng)國際(ji)標準和行業(ye)標(biao)準方法(fa)。

低場核磁共(gong)振(zhen)由(you)於其(qi)設(she)備(bei)成(cheng)本較低，研究使(shi)用門(men)檻(kan)相(xiang)對(dui)較(jiao)低，應(ying)用領(ling)域(yu)非(fei)常廣泛，且處於不(bu)斷(duan)拓(tuo)展之(zhi)中(zhong)。由於核(he)磁(ci)共(gong)振(zhen)分(fen)析技術具(ju)有速度快(kuai)、精確度高、壹次測量(liang)可獲得(de)多(duo)個參數、對(dui)樣(yang)品無損(sun)耗(hao)、樣(yang)品制(zhi)備(bei)簡單(dan)、對(dui)操(cao)作人員的(de)健(jian)康和環(huan)境(jing)無(wu)影(ying)響等(deng)諸(zhu)多(duo)優(you)點(dian)，因(yin)此許多(duo)原來采(cai)用其(qi)他傳統(tong)檢測(ce)方(fang)法的(de)應(ying)用目(mu)前都(dou)在(zai)探索采(cai)用核(he)磁共(gong)振(zhen)技(ji)術進(jin)行。

4. 低場核磁共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)應(ying)用

1). 低場核磁在食品領域(yu)的(de)應(ying)用：

◆ 棕櫚油、黃(huang)油等(deng)油脂(zhi)固體(ti)脂(zhi)肪含(han)量(liang)測(ce)試（SFC ,Solid Fat Content）

◆ 含(han)油種(zhong)子(zi)、種子(zi)殘渣(zha)含(han)油率(lv)和含(han)水(shui)率(lv)測試

◆ 巧克(ke)力(li)及(ji)巧克(ke)力(li)相(xiang)關產品的(de)固體(ti)脂(zhi)肪含(han)量(liang)

◆ 總(zong)脂(zhi)肪含(han)量(liang)

◆ 水(shui)包(bao)油型(xing)和油包(bao)水(shui)型(xing)乳劑(ji)的(de)液(ye)滴(di)粒徑(jing)分(fen)析(xi)

◆ 幹濕食品和飼料(liao)的(de)含(han)油量(liang)、含(han)水(shui)量(liang)和蛋白(bai)質(zhi)含(han)量(liang)

◆ 食品玻璃(li)化(hua)轉(zhuan)變溫度

◆ 食品變溫研究（食品加熱(re)模(mo)式、熱(re)變性、蒸煮過程(cheng)）

◆ 食品儲(chu)藏過程(cheng)、水(shui)分(fen)遷移、水(shui)分(fen)分布(bu)研究

◆ 餅(bing)幹水(shui)分(fen)含(han)量(liang)快(kuai)速(su)測(ce)試

◆ 幹零(ling)食含(han)油量(liang)測(ce)試

◆ 凝膠(jiao)水(shui)合(he)作用研究

◆ 幹(gan)燥、復水(shui)過(guo)程品質(zhi)變化(hua)研究

2). 低場核磁在農(nong)業領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用：

◆ 種(zhong)子含(han)油含(han)水(shui)率(lv)測試

◆ 種子發芽(ya)過(guo)程(cheng)研究

◆ 含(han)油種(zhong)子(zi)自(zi)動(dong)化(hua)選(xuan)育(yu)（按含(han)油率(lv)分(fen)選）

◆ 植(zhi)物(wu)根(gen)系成(cheng)像研究

◆ 農(nong)產品幹燥(zao)研究

3). 低場核磁在紡(fang)織(zhi)行業(ye)的(de)應(ying)用：

◆ 纖(xian)維中油劑(ji)含(han)量(liang)

◆ 聚合(he)物(wu)塗(tu)層含(han)量(liang)

◆ 纖(xian)維和紡(fang)織(zhi)品上的(de)氟化(hua)塗(tu)層(ceng)測(ce)量(liang)

4). 低場核磁在材(cai)料行業(ye)的(de)應(ying)用：

◆ 聚丙烯的(de)二(er)甲苯(ben)可溶(rong)物(wu)含(han)量(liang)

◆ 聚乙(yi)烯(xi)密(mi)度和結(jie)晶度

◆ 丙烯腈-丁(ding)二(er)烯(xi)-苯(ben)乙(yi)烯(xi)和聚苯(ben)乙(yi)烯(xi)等(deng)聚合(he)物(wu)的(de)橡膠(jiao)含(han)量(liang)

◆ 彈性體(ti)交(jiao)聯密度

◆ 硫(liu)磺粉(fen)末(mo)樣(yang)品中的(de)油含(han)量(liang)

◆ 聚苯(ben)乙(yi)烯(xi)中(zhong)的(de)橡膠(jiao)含(han)量(liang)

◆ 瀝青瓦填料含(han)量(liang)

◆ 螢(ying)石(shi)中(zhong)氟化(hua)鈣含(han)量(liang)

◆ 聚氯(lv)乙(yi)烯(xi)（PVC）中(zhong)增(zeng)塑劑(ji)含(han)量(liang)

◆ 聚乙(yi)烯(xi)密(mi)度的(de)測(ce)量(liang)

◆ 聚合(he)物(wu)分(fen)子量測(ce)試

◆ 沸石含(han)水(shui)率(lv)測試

◆ 銨油中(zhong)含(han)油量(liang)

◆ 廢(fei)水(shui)中(zhong)的(de)油脂(zhi)含(han)量(liang)測(ce)試

◆ 載氟氧化(hua)鋁(lv)的(de)氟含(han)量(liang)測(ce)量(liang)

◆ 橡膠(jiao)交(jiao)聯密度研究

◆ 聚合(he)物(wu)老(lao)化(hua)、 固化(hua)過(guo)程(cheng)動(dong)態(tai)評價(jia)

◆ 變溫環(huan)境(jing)下(xia)聚合(he)物(wu)性能(neng)研究

◆ 聚合(he)物(wu)改(gai)性評價

◆ 聚合(he)物(wu)軟硬段(duan)分析(xi)

◆ 材(cai)料親(qin)疏水(shui)性研究、吸(xi)水(shui)過(guo)程研究

◆ 膜(mo)材(cai)料孔(kong)徑(jing)大(da)小(xiao)、孔(kong)徑(jing)分(fen)布(bu)研究

◆ 膜(mo)材(cai)料水(shui)分(fen)遷移分析

◆ 凝(ning)膠(jiao)材(cai)料水(shui)合(he)作用評(ping)價

◆ 木材(cai)孔徑(jing)大(da)小(xiao)與(yu)孔(kong)徑(jing)分(fen)布(bu)研究

◆ 牙(ya)膏的(de)含(han)氟量

◆ 化(hua)妝品的(de)熔融(rong)屬性

5). 低場核磁在石(shi)化(hua)行業(ye)的(de)應(ying)用：

◆ 碳(tan)氫(qing)化(hua)合(he)物(wu)的(de)氫(qing)含(han)量(liang)

◆ 蠟(la)/石(shi)蠟(la)的(de)含(han)油量(liang)

6). 低場核磁共(gong)振(zhen)在(zai)制(zhi)藥行業(ye)的(de)應(ying)用

◆ 活體(ti)小(xiao)鼠(shu)和大鼠的(de)脂(zhi)肪和肌肉含(han)量(liang)

◆ 非(fei)接觸(chu)式稱(cheng)重(zhong)

◆ 粉劑(ji)和片劑的(de)含(han)水(shui)量(liang)和溶(rong)劑(ji)含(han)量(liang)

◆ 造(zao)影(ying)劑(ji)弛(chi)豫時間(jian)、弛(chi)豫率、體(ti)外成(cheng)像、活體(ti)MRI

◆ 活體(ti)大鼠(shu)、小(xiao)鼠(shu)MRI，多(duo)模(mo)態(tai)成(cheng)像

7). 低場核磁在懸(xuan)浮(fu)液(ye)體(ti)系中(zhong)的(de)應(ying)用：

◆ 微(wei)乳液(ye)的(de)弛(chi)豫

◆ 混合(he)聚合(he)物(wu)體(ti)系的(de)吸(xi)附行為(wei)

◆ 聚合(he)物(wu)在(zai)二(er)氧(yang)化(hua)矽(gui)上(shang)的(de)競(jing)爭吸(xi)附

◆ 鈦(tai)酸(suan)鋇(bei)沈(chen)澱過(guo)程

◆ 金(jin)和銀納米粒子(zi)加速老(lao)化(hua)效(xiao)應(ying)

◆ 懸(xuan)浮(fu)顆粒(li)體(ti)系的(de)比(bi)表(biao)面(mian)積(ji)

◆ 評價(jia)研磨過程(cheng)對(dui)懸(xuan)浮(fu)液(ye)表(biao)面(mian)積(ji)的(de)影(ying)響

◆ 碳(tan)化(hua)矽(gui)懸(xuan)浮(fu)液(ye)表(biao)面(mian)積(ji)

◆ 混合(he)粒子(zi)懸(xuan)浮(fu)液(ye)弛豫行為(wei)

◆ 藥(yao)用原(yuan)料藥研磨過程(cheng)的(de)弛(chi)豫行為(wei)

◆ 液(ye)滴(di)尺(chi)寸測(ce)量(liang)

◆ 粉體(ti)質(zhi)量控(kong)制(zhi)、分散(san)工藝(yi)研究

8). 低場核磁在巖(yan)土能(neng)源(yuan)領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用：

◆ 孔(kong)隙度、孔徑(jing)分(fen)布(bu)、滲透性、飽和度測試

◆ 力學(xue)損(sun)傷(shang)規(gui)律(lv)及(ji)機理研究

◆ 土壤(rang)水(shui)分(fen)狀(zhuang)態(tai)、水(shui)分(fen)遷移、凍土未凍水(shui)含(han)量(liang)分(fen)析(xi)

◆ 汙(wu)泥整(zheng)體(ti)含(han)水(shui)率(lv)、不(bu)同層面(mian)含(han)水(shui)率(lv)分布(bu)研究

◆ 汙(wu)泥凈(jing)化(hua)處理工藝(yi)研究

◆ 建(jian)築(zhu)材(cai)料吸(xi)水(shui)、滲(shen)水(shui)、持(chi)水(shui)性、防水(shui)性檢測(ce)

◆ 水(shui)泥固化(hua)過(guo)程(cheng)研究

9). 低場核磁在多(duo)孔材(cai)料領(ling)域(yu)的(de)應(ying)用：

◆ 孔(kong)徑(jing)分(fen)布(bu)研究

◆ 孔(kong)徑(jing)大(da)小(xiao)研究

◆ 低溫納(na)米孔徑(jing)測(ce)試

5. 低場核磁共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)架構(gou)

低場核磁共(gong)振(zhen)儀(yi)按照儀(yi)器(qi)部(bu)件來分(fen)，主(zhu)要包(bao)括(kuo)工(gong)控機、譜儀系(xi)統(tong)、射(she)頻(pin)單(dan)元、梯(ti)度單(dan)元、磁(ci)體(ti)櫃及(ji)溫控(kong)單(dan)元六大(da)部(bu)分；按照工(gong)作任(ren)務(wu)來分(fen)，儀(yi)器(qi)由(you)工(gong)控(kong)機、射(she)頻(pin)系統、梯度系統、磁(ci)體(ti)、恒溫(wen)系(xi)統五大(da)部(bu)分組(zu)成(cheng)。其(qi)中(zhong)，工控(kong)機負責(ze)接(jie)收(shou)操(cao)作者的(de)指(zhi)令(ling)，並通(tong)過(guo)序(xu)列發(fa)生(sheng)軟件產生各(ge)種(zhong)控制(zhi)信(xin)號傳(chuan)遞給譜儀系(xi)統(tong)的(de)各(ge)個部(bu)件協(xie)調(tiao)工(gong)作，還要(yao)完成(cheng)數據處理、存(cun)儲(chu)和圖像重(zhong)建(jian)以(yi)及(ji)顯(xian)示任(ren)務(wu)；射(she)頻(pin)系統主(zhu)要負責(ze)射(she)頻(pin)脈沖(chong)序(xu)列的(de)發(fa)射(she)和采樣信(xin)號的(de)接(jie)收(shou)；梯(ti)度系統主(zhu)要負責(ze)產生梯(ti)度磁場；磁體(ti)主(zhu)要負責(ze)提(ti)供均勻、穩定的(de)主(zhu)磁場；恒溫(wen)系(xi)統主(zhu)要負責(ze)磁(ci)體(ti)櫃內(nei)的(de)溫(wen)度控制(zhi)。

低場核磁共(gong)振(zhen)儀(yi)器(qi)架構(gou)框(kuang)圖

低場核磁共(gong)振(zhen)成(cheng)像軟件：

低場核磁共(gong)振(zhen)分(fen)析儀軟件：

時域(yu)核(he)磁共(gong)振(zhen)分(fen)析儀軟件界(jie)面(mian)