波譜核磁共振和核磁的區別

波譜核磁共振（核磁共振波譜）和核磁是同一種現象的不同描述方式。

核磁共振是指在外加恒定強磁場和射頻輻射場的作用下，原子核可發生能級躍遷的現象。當原子核處于低能態時，可以通過吸收或發射特定頻率的射頻輻射而躍遷到高能態，這個特定頻率被稱為共振頻率。核磁共振可以用于確定某種物質中不同原子核的數量和環境。

而波譜核磁共振是對核磁共振現象進行測量、分析和研究的方法和技術。它通過記錄射頻輻射的吸收或發射強度隨頻率的變化，得到核磁共振譜圖。從核磁共振譜圖可以得到關于化合物結構、分子運動、化學環境等信息。

因此波譜核磁共振和核磁的區別就是：核磁共振是一種物理現象，而波譜核磁共振是對這一現象進行測量和研究的方法。

波譜核磁共振技術的應用領域：

【食品農業】

在眾多應用領域之中，食品農業應該是低場核磁共振技術應用較廣泛的領域了，從國家標準的油料種子含油含水率的測定及固體脂肪含量SFC測定，再到農產品、果蔬、畜肉、海產品、乳制品等等，低場核磁共振技術都有應用。

【高分子材料】

這里所說的高分子材料主要包括：彈性體材料（如橡膠）、非金屬復合材料（如玻璃纖維、碳纖維、有機纖維等）、功能膜材料、納米顆粒、凝膠等多孔材料。檢測范圍主要分為定量和定性研究。

其中定量包括：交聯密度、橡膠及增塑劑含量、軟硬段比例、氟含量等。

定性包括：硫化、固化、老化過程、降解過程、吸濕過程等。此外還有性能研究：顆粒聚合物相容性、顆粒表面改性、材料吸附性能、聚合物競爭性吸附、親疏水表征等、分散性能等。

【巖石土壤】【生命科學】【石油勘探開發】等領域的應用，歡迎查看以往文章。

波譜分析主要是以光學理論為基礎，以物質與光相互作用為條件，建立物質分子結構與電磁輻射之間的相互關系，從而進行物質分子幾何異構、立體異構、構象異構和分子結構分析和鑒定的方法。

低場核磁共振是一種物理測試技術，它利用外部磁場和磁化技術，對生物樣品中的氫原子進行測量。LFMR技術的原理基于核自旋磁矩和外磁場之間的相互作用。

當施加外磁場時，生物分子會產生核自旋磁矩，并在外磁場中排列成一定的結構。在這個過程中，一些能量較高的核自旋會被外磁場激發，形成核自旋磁矩。這些自旋磁矩在外磁場中會產生一定的磁場強度，我們稱之為磁化強度。

當外磁場發生變化時，生物分子的磁化強度也會隨之變化。這種變化會導致磁共振信號的產生。通過測量這些磁共振信號，我們可以了解生物分子的結構和磁化強度的變化，從而對生物樣品進行分析和研究。

波譜分析與核磁的區別是什么呢？

波譜分析主要包括紅外光譜、紫外光譜、核磁共振和質譜，簡稱為四譜。

自1945年F.Bloch和E.M.Purcell為首的兩個研究小組同時獨立發現核磁共振現象以來，1H核磁共振在化學中的應用已有50年了。特別是近20年來，隨著超導磁體和脈沖傅里葉變換法的普及，核磁共振的新方法、新技術不斷涌現，如低場核磁共振技術的發展，是核磁共振的分析方法和技術不斷完善，應用范圍日趨擴大，樣品用量減少，靈敏度大大提高。

低場核磁共振技術的應用方向：

【食品農業】

在眾多應用領域之中，食品農業應該是低場核磁共振技術應用較廣泛的領域了，從國家標準的油料種子含油含水率的測定及固體脂肪含量SFC測定，再到農產品、果蔬、畜肉、海產品、乳制品等等，低場核磁共振技術都有應用。如果問低場核磁共振技術是用來研究什么的，用一個詞來總結就是“水分相態"，水分相態將之前大家對水分的研究（之前主要是含水率、水分活度等）擴展到了水分存在狀態。

【高分子材料】

這里所說的高分子材料主要包括：彈性體材料（如橡膠）、非金屬復合材料（如玻璃纖維、碳纖維、有機纖維等）、功能膜材料、納米顆粒、凝膠等多孔材料。檢測范圍主要分為定量和定性研究。

其中定量包括：交聯密度、橡膠及增塑劑含量、軟硬段比例、氟含量等。

定性包括：硫化、固化、老化過程、降解過程、吸濕過程等。此外還有性能研究：顆粒聚合物相容性、顆粒表面改性、材料吸附性能、聚合物競爭性吸附、親疏水表征等、分散性能等。

【巖石土壤】、【生命科學】、【石油勘探開發領域】等領域的應用，可查閱以往發布的文章了解。

自由感應衰減(free induction decay, FID)是核磁共振現象的表現形式。下面將對核磁共振中的自由衰減信號（FID）進行簡要的介紹。

　　核磁共振設備中會使用若干種不同種類的線圈。主要包括：梯度線圈和射頻線圈兩種，下面簡單介紹下射頻線圈的功能。

　　射頻線圈具有發射和接收兩個基本功能，包括發射線圈本接收線圈。發射線圈的功能是向檢測樣品發射射頻脈沖，使質子的縱向磁化強度矢量發生翻轉。接收線圈的功能是接收樣品的核磁共振信號。

自由感性衰減信號（FID）

　　這里以π/2脈沖為例，在x軸方向通過發射線圈發射π/2脈沖，在旋轉坐標系內，脈沖結束時，縱向磁化強度矢量M0翻轉到xOy平面內并位于y‘軸方向。這樣在π/2脈沖以后，可以得到一個橫向磁化強度矢量。Mxy ，在xOy平面的運動是螺旋形衰減，見圖1。若把發射線圈作為接受線圈，依據法拉第電磁感應定律可知，當旋轉的 Mxy穿過xOy平面內位于x軸上的接收線圈，引起拖過線圈磁通量的變化時，就可在接收線圈內產生一感應電動勢（或感應電流），這個感應電動勢或感應電流稱為核磁共振信號。

圖1.橫向磁化螺旋式衰減

由于Mxy是一個按正弦規律振蕩、按指數規律衰減，所以接受的信號也是按正弦規律振蕩，按指數規律衰減。信號變化如圖2（a）。因此，這種按正弦規律振蕩、按指數規律衰減的核磁共振信號習慣被稱為自由感應衰減信號（free induction decay）

圖2. FID信號波形

　　需要特別注意的是：由于Mxy以角頻率ω0繞外磁場轉動，接收到信號的角頻率也是ω0，即信號的頻率與射頻脈沖相等，也就是產生核磁共振的頻率。當一個較小的縱向磁化強度矢量M0在π/2脈沖作用下翻轉到xOy平面內，其產生的FID信號見圖2（b），這說明FID信號的大小與π/2脈沖停止后，Mxy初始大小或π/2脈沖作用前縱向磁化強度大小有關，Mxy越大，同一時刻產生的FID信號越強。

　　FID信號是強度隨時間的變化波形，經傅立葉變換后偶可得到核磁共振信號強度隨頻率ν變化的波形，即核磁共振譜，如圖3，圖中ν0為共振頻率。

核磁共振實驗教學案例展示：硬脈沖FID 序列測量拉莫爾頻率

圖4.偏振狀態下的FID信號

圖5.接近共振狀態下的FID信號

圖6.共振狀態下的FID信號

（來源：蘇州紐邁分析儀器股份有限公司）

波譜核磁共振就是核磁共振波譜法，與紫外吸收光譜、紅外吸收光譜、質譜被人們稱為“四譜"，是對各種有機和無機物的成分、結構進行定性分析的較強有力的工具之一，亦可進行定量分析。

波譜核磁共振技術的原理：

在強磁場中，某些元素的原子核和電子能量本身所具有的磁性，被分裂成兩個或兩個以上量子化的能級。吸收適當頻率的電磁輻射，可在所產生的磁誘導能級之間發生躍遷。在磁場中，這種帶核磁性的分子或原子核吸收從低能態向高能態躍遷的兩個能級差的能量，會產生共振譜，可用于測定分子中某些原子的數目、類型和相對位置。

波譜核磁共振技術的分類：

核磁共振波譜按照測定對象分類可分為：1H-NMR譜（測定對象為氫原子核）、13C-NMR譜及氟譜、磷譜、氮譜等。有機化合物、高分子材料都主要由碳氫組成，所以在材料結構與性能研究中，以1H譜和13C譜應用最為廣泛。

波譜核磁共振技術在材料領域的應用：

1、定量檢測：橡膠的交聯密度、軟硬段比例、增塑劑含量、含氟量

2、性能評價：顆粒分散、穩定性研究、競爭性吸附性能評價、親疏水表征

3、核磁成像：橡膠及聚合物均一性研究、內部裂縫探測

4、可定制不同溫度等：評價橡膠硫化、固化、老化過程、評價材料與液體作用過程