脉冲核磁共振（成像）技术的发展

      核磁共振是一种物理现象,早在1945年,Purcell和Bloch小组分别独立发现了核磁共振现象,作为一种分析手段广泛的应用于物理、化学领域,用作研究物质的分子结构。70年代初提出的脉冲核磁共振技术和后来的核磁共振成像，在核磁共振这一领域中已多次获得诺贝尔物理学奖。脉冲核磁共振的概念十分直观，即由原来的连续波射频变为脉冲射频。两者在理论上是完全一致的。较之连续波，脉冲核磁共振在很多方面有自身的特色：

1、强而狭的脉冲的频谱很宽，这种脉冲的作用等效于一个多道频率发射机，当接收机的带宽足够宽时，核磁共振仪是一台多道频谱分析仪，它可以同时激励样品的所有频率，也可以同时接收所有频率的信号，每次需要的时间却很短。这样可以用计算机技术把采样结果累加，使得频谱的信噪比在较短的时间内增强几个数量级；

2、脉冲核磁共振成像技术为测量弛豫时间提供了比连续波更为精确和直接的手段； 

其中的脉冲波发射相当于一个多道发射机：它的时间极大缩短、很容易观察到核磁共振现象、检测灵敏度提高4倍。

脉冲核磁共振成像仪简介：

      脉冲核磁共振成像仪的工作方式是利用短而强的射频脉冲，使所有的核同时发生共振，从而在很短的时间内完成一张谱图的记录。

目前，脉冲NMR技术已取代连续波技术。脉冲NMR有如下诸多优势：

1）在脉冲作用下，某同位素的所有核同时共振；

2）脉冲作用时间短；

3）采用分时装置，信号的接收在脉冲发射之后；

4）可以采用脉冲序列。

EDUMR脉冲核磁共振成像技术教学仪是一款专为核磁共振成像技术教学实验而设计的小型台式MRI仪器。可配合物理相关专业（如近代物理、应用物理、无线电物理、电子信息工程等专业）和医学相关专业（如大型YL器械、医学影像技术、生物医学工程等专业）开设核磁共振原理、核磁共振成像演示等实验课程；也可以配合核磁共振工程类专业开设设备硬件结构方向的拓展性实验课程。EDUMR脉冲核磁共振成像技术教学仪可辅助搭建以下平台：

1）教学示范平台；

2）核磁共振成像实验平台；

3）科研实验教学平台；

4）NMR继续教育深造平台。

EDUMR脉冲核磁共振成像技术教学仪具有两大特点：开放性和真实性。

开放性：配套软、硬件均具有高度的开放性。

1.硬件的开放：体现在针对实验教学、工程实训、课堂演示时可以模拟连续波式NMR实验仪实验，更可对硬件结构进行现场拆卸及装配。配合示波器、万用表等辅助工具，不但能够锻炼学生的动手能力，更加增强了学生对于脉冲核磁共振教学仪硬件结构的了解，能够符合现代实验教学对于学生实践能力的要求；

2.软件的开放：主要体现在K空间原始数据的开放，可进行图像重建的仿真实验，针对信号处理及数据处理方向，可以为学生、老师提供大量真实且有效的数据，从而开展更多算法优化、图像后处理等方面的拓展性研究。

EDUMR脉冲核磁共振成像技术教学仪实验效果展示：

（来源：苏州纽迈分析仪器股份有限公司）

脉冲核磁共振仪助力食品行业固体脂肪含量测试（国标方法）

固体脂肪含量（SFC）测量是食品工业中普遍需要进行的步骤。固体脂肪含量分析对于生产脂肪基食品的食品制造商非常重要。用于SFC测定的传统提取方法速度慢，不可重复，并且需要额外的化学品。通过脉冲核磁共振法直接测量 SFC 可快速准确地确定 SFC 值。脉冲核磁共振作为脂肪和油类分析的方法包含在以下测试标准中：AOCS Cd 16b-93 于 2000 年修订（美国）、ISO 8292（欧洲）、GBT（国标）

什么是固体脂肪含量？

固体脂肪含量是在一定温度下脂肪中固体的百分比。固体脂肪含量（SFC）是一种重要特性，可以影响脂肪基食品的外观，风味释放，融化速率，保质期和稳定性。比如，在巧克力行业中，人们希望制造具有理想固体脂肪含量的产品，使巧克力在室温下保持固体状态，但仍然为消费者提供“在口中融化”的体验。从固体脂肪含量中了解产品的各种特性，使工程能够指导制造过程，生产出更优质的产品。

为什么需要测量固体脂肪含量？

固体脂肪含量决定了脂肪的许多重要特性,如外观、感官特性和延展性。SFC还影响熔融特性,表明脂肪在不同温度下的行为。食用油产品的可塑性或稠度取决于固体含量。固体脂肪含量随温度的变化、熔融范围的锐度以及晶体形态等其他因素决定了脂肪可被视为塑料的范围。根据研究报导,理想的分散性发生在大约15-35%固体的范围内,称为脂肪的塑性范围。在10℃温度下,SFC不大于32%对于良好的铺展性至关重要,而在4℃和10℃之间的SFC决定了产品在制冷温度下的铺展性。25℃摄氏度的SFC会影响可塑性,而33℃摄氏度的SFC会影响口感。

另一方面，我们食用的大豆油、菜籽油容易受到氧化,不能重复使用,造出来的食物保质期也短。为了能充分利用资源,食品生产商利用氢化油脂技术,将各类油氢化,成为半固体的油脂。好处是油变得非常稳定,适合用于食品加工,但同时也制造了“反式脂肪”。与其他可在饮食中摄取的脂肪不同,反式脂肪对健康并无益处,也不是人体所需要的营养素。相反,反式脂肪可使身体里的 “坏胆固醇”上升,并使 “好胆固醇”下降。世界各地的健康管理机构建议将反式脂肪的摄取量降至zui低;一些国家已经立法限制食物里反式脂肪的含量与使用。

固体脂肪含量分析对于生产脂肪基食品的食品制造商非常重要。从产品工艺优化、质量控制、食品营养和保健、符合法规等方面，都需要测量固体脂肪含量指标。

脉冲核磁共振法如何测量固体脂肪含量？

固态和液态脂肪中的H由于存在状态不同，脉冲核磁共振FID信号衰减表现出截然不同的特性。固体脂肪信号衰减很快，一般在70微秒时已经衰减为0。液体脂肪信号衰减较慢，一般认为在70微秒处基本无损失。

由于来自固体的核磁共振信号衰减比来自液体的核磁共振信号衰减快得多。因此，可以在FID（下图）上的两个点进行测量，分别在“t1=11us”点进行测量，该点对应固体和液体信号的总和A1。在另一个点“t2=70us”进行测量，该点固体信号已经衰减到0，测试到的信号A2仅为液体信号。通过计算，即可得到样品在对应温度下的固体脂肪含量。对多个温度进行测试，即可得到温度与固体脂肪的变化曲线。

脉冲核磁共振法测量固体脂肪含量原理图

固体脂肪含量-温度曲线

脉冲核磁共振法测量固体脂肪含量的优势：

脉冲核磁共振法是wei 一 一种直接测量固体脂肪含量(SFC)的技术,与间接测试方法不同,如差示扫描量热法(DSC)和膨胀计法, 间接测试方法是通过测量熔点(即固相熔融导致的体积变化)获得结果。

多年来, 脉冲核磁共振法一直是测定SFC的手选方法。脉冲核磁共振法也是官方公认SFC测量标准方法，相比传统方法具有很多优势：

 虽然样品需要恒温处理，但核磁法测量时间短(通常为6秒)，测试过程简单；

 仪器操作简单，简单需培训即可使用仪器；

 核磁共振技术是无损检测技术,可对同一样品进行重复测量或进行其他测量；

 核磁法校准方便，仪器稳定可靠；

台式脉冲核磁共振固体脂肪含量分析仪PQ001-SFC

需要测量固体脂肪含量的脂肪和油：

 牛肉脂肪

 黄油

 鸡油

 椰子油

 奶油

 氢化油和部分氢化油

 猪油（猪油）

 乳脂

 棕榈油

 起酥油

 人造奶油棒

国产的核磁共振谱仪中尺寸核磁共振成像分析仪在技术和性能上已经与国外同类产品相当，并且价格实惠，受到了广泛的认可和使用。

虽然国产核磁共振谱仪在市场上的占有率还不是很高，但是随着技术的不断突破和创新，相信其市场占有将会越来越大。

国产的核磁共振谱仪中尺寸核磁共振成像分析仪，集弛豫分析和磁共振成像于一体，探头内径达60mm，以满足不同大小样品的测试需求，目前已广泛应用于食品研究。NMI20系列核磁共振设备采用稀土永磁体制造，无后续维护费用；测试时无需化学前处理，方便快速；尤其是在水/油含量及结合状态定性定量分析方面具有一定的优势。此外，NMI20系列核磁共振成像设备具有广泛的开放性和适用性，能根据客户需求，选配各种规格的探头、集成变温模块等扩展设备的用途。

产品功能：

　　1、含油率含水率检测

　　2、水结合状态分析

　　3、水油体系中水分/油脂分布

　　4、食品的品质评价、过程监控、工艺优化等

　　-食品的保鲜、贮藏、品质及货架期研究

　　-食品加工工艺、配方的评估及确定

　　-食品干燥及复水过程中水分迁移研究

　　-食品内部的无损检测（果蔬的成熟度和损伤程度）

　　-肌原纤维蛋白微观结构的表征

　　5、质子密度、T2加权、T1加权成像

　　6、水/油脂空间分布分析

适用范围：

　　食品农产品：畜产品、水产品、果蔬、粮食及粮食制品、油料种子及油脂、饮料等；

　　其他：植物植株、木材、烟丝、蛋品等；

　　溶液量≥1ml；样品质量范围：1~120g；

性能特点：

　　1、适应性：适应性广，60mm的大口径，满足不同样品形态的需求，基本满足不同样品的需求；

　　2、快速、无损：2min内可完成单个样品测试（与样品性质有关），样品无需前处理，不破坏样品；

　　3、绿色、便捷：测试过程中无需要任何化学试剂，样品制备简单。对样品形态、颜色均无要求，固态、液态、粉末状都可以；

　　4、软件易用性：操作简单，使用便利，自动优化参数，三步完成成像；

　　5、功能强大：二维任意角度，多层面扫描，满足不同需求、图像处理软件实现图像降噪、伪彩、数据处理等；多个专业软件供客户选择，满足不同领域的需求；

　　6、场地及维护成本：设备管理维护简单，维护成本低；

软件介绍：

　　一、核磁共振分析应用软件：界面大方、功能强大、自动化程度高、参数简便、操作性强

　　1、简单大方、清晰明了的显示界面

　　2、包含FID，SE，CPMG，SEG-CPMG和IR等多个硬脉冲序列，满足不同需求的测试。

　　3、多项操作自动化，该软件可帮助用户自动寻找中心频率、自动确定所需要的90°和180°射频脉宽，自动保存数据等，大大降低了操作的复杂性，提高了测试效率。

　　4、测试结果准确可靠。

　　二：核磁共振成像软件：功能强大、操作简便、设计开放、使用灵活

　　1、该软件可帮助用户自动匀场、自动寻找中心频率、自动确定所需要的90°和180°脉幅等，大大降低了操作的复杂性，三步走步骤即可完成常规成像，软件易用性强。

　　2、功能强大，包含MSE、IR、FSE等多个脉冲序列，可满足用户对于核磁成像的不同需求。

　　3、预留了多路控制通道，使软件的升级更加简单；设计了可调节的脉冲宽度、脉冲幅度以及触发时间，真正的让用户来控制脉冲序列。

nmr核磁共振仪（Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer，NMR Spectrometer）是一种用于进行核磁共振实验用的科学仪器。它通过应用强磁场和射频脉冲，对物质中的核自旋进行激发和检测，从而获取样品的核磁共振谱图。

nmr核磁共振仪实验用通常由以下主要组件组成：

1.磁体（Magnet）：磁体是核磁共振仪的核心部件，产生强大的恒定磁场。高场核磁共振仪通常使用超导磁体，而低场核磁共振仪可能使用永磁体或传统磁体。

2.射频系统（RF System）：射频系统产生射频脉冲，并将其传输到样品中，用于激发和探测样品中的核自旋。它包括射频发生器、射频放大器、射频探头等。

3.梯度线圈（Gradient Coils）：梯度线圈用于在空间中创建非均匀磁场，从而实现空间定位和成像功能。梯度线圈通常是用于核磁共振成像（MRI）的核磁共振仪的关键组件。

4.控制系统（Control System）：控制系统用于控制和操作核磁共振仪的各个组件，包括磁场控制、射频脉冲控制、数据采集和处理等。

5.计算机系统（Computer System）：计算机系统用于数据采集、处理和分析，以及仪器控制和实验参数设置。它通常与核磁共振仪的控制系统紧密集成。

nmr核磁共振技术的优点是具有高灵敏度、无需对样品进行处理、可检测水油含量等，因此在食品、农业、生命科学等领域得到了广泛的应用。不同类型的核磁共振仪具有不同的规格和功能，可根据实验需求和研究领域选择适合的仪器。

核磁共振仪的磁场究竟有多强？