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第19章

19-01
磁共振在化学领域内的应用

概述
石油、煤分析
管道中的流体分析
分析钻探岩芯
塑料、聚合物分析
液晶材料分析
制药领域
水泥、混凝土分析
木浆造纸领域
易爆物质分析
皮革、橡胶材料分析
固态物质成像分析
19-02
磁共振在生物学中的应用

食品领域
农业、林业、环境领域
19-03
蛋白质和蛋白质工程

19-04
计算机应用及模式识别技术

19-05
无损检测


19-02 磁共振在生物学中的应用

19-02-01 食品领域

含水量和脂肪与水的配比是许多加工食品的两个重要参数。产品质量的控制主要依赖于这两个参数,但是传统的化学测试方法需要几个小时甚至是一整天才能完成分析。使用核磁共振技术进行这种分析所需时间不到一分钟,测试速度如此之快,能实现对生产线的直接控制。有些公司已经在使用核磁共振波谱仪做这项工作了,但是,磁共振在这个领域内的应用还有很大的扩展空间。常规分析是一项繁琐的工作,但是,科研人员和生产经理用几个星期的时间就能针对具体分析任务开发出一种合适的方法,可是经过合适训练的科研人员却总是很少。

另外一种常规分析的对象是果汁、啤酒和葡萄酒。欧共体已经发起了利用核磁共振技术检测红酒质量的研究,尤其是检测乙二醇掺假的酒。现在已有一种两三分钟即可完成的、确定发酵物罐中乙醇含量的常规方法。磁共振可以鉴定啤酒、果汁、葡萄酒的原料、纯度、以及其他的添加剂和液体。

在食品科学中,核磁共振波谱是一种非常有用研究工具,现在磁共振成像也开始用于食品的检测。早期的例子是:展示巧克力加热到40摄氏度后再冷却后,巧克力中发生的永久变化。最近,有使用磁共振技术研究冷冻和解冻处理对水果和蔬菜结构的影响,还有一个很有前景的应用是检测人工养殖鲑鱼的脂肪含量并将其可视化。

核磁共振磷谱可以检测肉类中食品添加剂三磷酸钠(E400)的水解,核磁共振氯谱可以观察氯化钠与E400之间的协同作用,从而在确保食品风味的同时减少E400的用量。对淀粉和卡拉胶(从海草中提取的一种多糖,多用于食品加工)类食品有很多细致的研究。

淀粉和卡拉胶对构造许多食品的纹理非常重要。全面了解淀粉和卡拉胶的特性将有助于增加原材料的利用率,生产更廉价且质量更高的食品。


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注释:鲑鱼的风味和诱惑。

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19-02-02 农业、林业、环境领域

核磁共振技术是最近才开始应用于植物体系的,但是,使用核磁共振技术对植物磷养分和氮养分的研究早已建立。这个领域的基础研究将有助于更高效地使用肥料,以减少对河流、湖泊和海洋的污染。

植物的磁共振成像研究晚于核磁共振波谱研究。磁共振成像技术可以在幼苗呈现冻害之前的几个星期进行冻害和死根系检测,有助于盆栽松树和云杉幼苗霜冻害的研究。例如,瑞典每年要培育600百万株幼苗,每株幼苗不到一欧元,从经济角度考虑,在移栽之前必须防止霜冻害。磁共振成像可以研究完整的根系,所得信息有助于了解根系的发展,因而有助于解决一些具体问题,如优化养分的吸收(特别是缺乏养分的土壤)或者防止森林中树木被大风连根拔起,进而减少经济损失的根源。

用固体核磁共振碳谱研究土壤可以帮助土壤学家了解土壤中大量复杂的有机分子。例如,在使用固体核磁共振技术之前的一些化学分析方法严重低估烷基碳占芳香碳的百分比。对土壤化学的了解将有助于研究植物的营养、研究酸雨或者核能工厂发生事故之后的放射性散落物对环境的影响。

全面了解温室气体(二氧化碳和甲烷)增加引起的后果必须考虑整个碳循环。土壤是这个循环的重要元素,大量的碳临时稳定在腐殖质里。

直接监测污染也是可行的,尤其是遭受破坏的环境,如北冰洋地区。潜水员计算的蚌类种群的规模,被用作污染的指标。最近有研究显示,蚌类的核磁共振磷谱与其所生活的海水中的石油类化学物质(苯、苯酚、甲醛)或者重金属(镉、锌、铅、汞)的含量高低有相关性。基于这项工作可以开发出监测环境污染的系统。

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