核磁共振技术及其应用分解

核磁共振技术及其在食品分析检测中

的应用

The Technology of Nuclear Magnetic Resonance and Its Application in food analysis and detection

摘要

核磁共振分析技术是利用物理原理, 通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质.它不破坏被测样品的内部结构, 是一种无损检测方法. 本文重点介绍了核磁共振技术的原理及其在食品中的水分、油脂、玻璃态转变、碳水化合物、蛋白质及品质鉴定等方面的研究进展。

关键词：核磁共振技术；应用；食品；分析；检测。

Abstract

The technology of nuclear magnetic resonance analysis can be used to determine the structure and the nature of molecules and it is a nondestructive test. This article introduces briefly its principles and its application in food detection was summarized in the aspect of moisture, oil, glass transition, carbohydrate, protein and quality detection.

Keywords: technology of the nuclear magnetic resonance; application; food;analysis;detection.

目录

摘要 ................................................................................................................... I Abstract............................................................................................................... II 第一章概述.. (1)

第二章核磁共振技术 (2)

2.1核磁共振的基本原理 (2)

2.2核磁共振技术的实验装置 (3)

第三章核磁共振技术在在食品分析检测中的应用 (4)

3.1NMR技术在水分分析中的应用 (4)

3.2NMR技术在油脂分析中的应用 (5)

3.3NMR技术在玻璃态转变研究中的应用 (6)

3.4NMR技术在碳水化合物分析中的应用 (6)

3.4.1NMR技术在糖类分析中的应用 (6)

3.4.2NMR技术在淀粉分析中的应用 (7)

3.5NMR技术在蛋白质分析中的应用 (7)

3.6NMR技术在食品品质鉴定中的应用 (7)

第四章小结 (9)

参考文献 (10)

第一章概述

核磁共振（nuclear magnetic resonance,NMR）是基于原子核磁性的一种波谱技术，是一种鉴定有机化合物结构和研究化学动力学等的现代仪器分析方法。它的最基本原理是，原子核在磁场中受到磁化，自旋角动量发生进动，当外加能量（射频场）与原子核震动频率相同时，原子核吸收能量发生能级跃迁，产生共振吸收信号[1]。它由荷兰物理学家Goveter首先发现，而美国物理学家Purcell和Bloch各自领导的科研组几乎同时独立观察到一般状态下物质的核磁共振现象，并因此获得1952年诺贝尔物理学奖[2]。NMR 技术于70年代初期开始在食品科学领域发挥其优势，相比于其他传统的检测方法，核磁共振法能够保持样品的完整性，是一种非破坏性的检测手段；操作方法简单快速，测量精确，重复性高；样品无需添加溶剂，定量测定无需标样；测量结果受材料样本大小与外观色泽的影响较小，且不受操作员的技术和判断所影响，因此，核磁共振技术在食品科学研究中越来越受青睐。最初主要应用于研究水在食品中的状态[3]，随着该技术的不断更新，在油脂、蛋白质结构、玻璃化相变、碳水化合物等方面的分析研究中也得到了越来越广泛的应用。

核磁共振技术主要有两个学科分支：核磁共振波谱(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, 简称MRI)。核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的，主要用于测定物质的化学成分和分子结构[4]。核磁共振成像技术诞生于1973年，它是一种无损测量技术，可以用于获取多种物质的内部结构图像。

第二章核磁共振技术

2.1核磁共振的基本原理

原子核磁性的大小一般用磁矩μ表示，μ具有方向性，μ=νhI，h是普朗克常数,I为自旋量子数，简称自旋。旋磁比ν实际上是原子核磁性大小的度量，ν值大表示原子核的磁性强，反之亦然。在天然同位素中，以氢原子核(质子)的ν值最大(42.6 MHz/T)，因此检测灵敏度最高，这也是质子首先被选择为NMR研究对象的重要原因之一。

当把有磁矩的核(I≠0)置于某磁场中，该原子核在磁场的行为就好似陀螺的运动——拉莫尔进动，其频率由下式决定：ω=2пν，式中ω为角频率，ν为拉莫尔进动频率。当外加射频场的频率与原子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的核便吸收射频能，从低能态跃迁到高能态——即生核磁共振现象。没有自旋的原子核(I=0)没有磁矩，这类核观察不到NMR信号，如12C，16O，32S等，I=1/2的原子核是NMR中研究得最多的核，如：1H，13C，19F，15N，29Si，31P等。某些元素I的取值如表2-1所示。

表2-1 某些元素的I取值及I与质量数、原子序数的关系

质量数

原

子序数

(质子

数)

中子数I取值例举

偶数偶数(偶数) 0

偶数奇数(偶数)

正整数