科技应用
分析化学中核磁共振波普的应用
黄晶晶
河南职业技术学院，河南 郑州 450000
摘要：在计算机技术不断发展下，核磁共振波普在化学中的应用越来越多。本文首先对核磁共振技术的发展历史进行了介绍，然后对共振得到了参数以及核磁工程技术在化学领域中的应用进行了探讨。 关键词：化学中；核磁共振；波普应用 中图分类号：R589.2 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)24-0046-02
核磁共振技术可以在不破坏物质内部的情况下探测物质内部。经过多年的发展后，核磁共振技术主要分为两个分支，分别为磁共振成像和核磁共振波普。在磁场强度不断提高的情况下，脉冲试验、信号检测、自旋标记等技术也不断进步，核磁共振的灵敏度不断提升，已经在生物学、化学、食品和医学领域得到了广泛应用。本文重点对化学核磁共振波普的应用进行探讨。
1 核磁共振波普在代谢组学方面的应用 Nicholson 在1999年提出了代谢组学概念，并指出代谢组学是生物体系基因发生变化或者因刺激因素致使代谢产物随着时间发生的变化。以核磁共振NMR 波普技术的代谢组进行研究主要由下述几个方面的步骤：要根据需要解决的问题，进行实验方案的设计，并做好样本的收集工作。然后对核磁共振波普数据进行收集，统计分析NMR 谱，进而将各个组别代谢物含量和种类的相对变化信息提取出来。代谢组学主要使用一维核磁共振谱、横向时间加权谱和扩散加权谱对代谢物信号进行选择性的检测。对信号进行谱图处理、分段积分、数据规划的相关步骤后，然后进行主成分分析和聚类分析，建立具体的数据模型，并进行交叉验证。对变化代谢物进行归属，使用NMR 谱对生物体液混合物样品进行分析时，前期的处理方式较为简单，并且检测速度比较快，检测过程中并不会对样品造成破坏。并且NMR 谱图可以将分子动力学信息和分子结构提供出来。这使得NMR 谱在病理学、毒理学、药物开发、功能基因组等代谢学领域中应用广泛。在开发药物时，代谢组学可以测试早期活体的毒理，并为药物分子的筛选提供参考依据。在研究病理学时，Wang 等对血吸虫病对啮齿动物尿液代谢影响进行了分析和研究，研究发现血吸虫除了对啮齿动物体中三羧酸循环代谢过程造成了影响，并对肠道菌群的代谢也造成了比较大的影响。在营养代谢方面，检测了食用含有大豆异黄酮食物的女性，检测证明异黄酮摄入者尿液中氧化三甲胺会增加。
2 核磁共振波普在蛋白质和药物相互作用进行研究 当药物和蛋白质产生作用后，化学位移、NOE 效应等参数均会发生变化，利用NMR 波普技术可以对相关参数的变化情况进行检测，从而确定药物和蛋白质之间的互相作用。利用NMR 技术探测药物和蛋白质之间的相互作用可以对很广的离解常熟进行探测。特别适合用来研究各个分子之间的弱相互作用。相较于其他方法，NMR 技术可以将药物分子和蛋白质的结合位点确定出来。并且使用NMR 对药物和蛋白质之间的互相作用进行研究具有多变性和灵活性，从检测对象来看，可以对蛋白质检测和药物检测进行简单的划分。在将蛋白质作为检测对象进行研究时，可以根据药物中加入蛋白质前和加入蛋白质后NMR 参数的变化来分析药物和蛋白质之间的呼吸作用。有学者提出了SAR-by-NMR 方法，在对比药物加入之前和加入之后的谱图变化情况后，确定小分子和蛋白质之间是否互相作用，此方法在药物筛选方面具有较高的应用价值。这类高通量筛选可以找出很多靶蛋白和大量药物结合的46 2015年24期
结构片段，并配合其他的方法改造药物，在选择药物库和设计药物时具有非常不错的指导效果。与此同时，这种方法可以对蛋白质和药物之间的NOE 效应进行观察。将药物和蛋白质之间互相作用的界面以及药物和蛋白质之间的空间结构变化进行了确定，从而更好的对药物设计进行指导。但是，使用这种方法要利用毫克级高纯度蛋白样品和同位素标记来得到NMR 信号，周期长、花费成本高，并且在一定程度上限制了分子量。以往在将药物作为检测对象时，可以在对比在药物中加入蛋白质前后NMR 参数的变化，分析药物和蛋白质之间的相互作用，当蛋白质和药物小分子结合以后，化学位移、横向弛豫速率、纵向驰豫速率、信号半峰宽度均会产生比较大的变化。使用这种方法不用使用同位素进行标志，也不需要对蛋白质结构信息进行了解，成本相对比较低，并且可以分析研究分子量比较大的蛋白质。比较常用的NMR 光谱检测方法主要有Water-LOGSY 法、NOE 法、饱和转移差谱法（STE ）等。其中STE 是当前最有效的一种方法，通过和NOE 效应结合，利用1H 差谱对蛋白质和药物之间的互相作用进行研究。当前，STD 技术可以用来对人源鼻病毒蛋白和药物之间互相作用进行检测，波谱技术和STD 技术的结合，还可以用于多糖和固体麦胚凝聚素的结合。
3 食品安全和食品质量中核磁共振波普的应用
在人们生活水平不断提升的情况下，不管是消费者还是生产者，对食品的稳定性和性价比的要求不断提升，所以需要找到良好的技术措施来对食品的质量进行评定。通常情况下，食品体系一般是非常复杂并且非常不均匀的，很多方法都无法在食品检测中取得良好的检测效果。而NMR 技术由于具有比较强的穿透能力，受样品厚度的影响不大，是一种安全、无损、有效的检测方法。在食品安全和食品质量的安全检测中具有非常不错的应用前景。当前，在进行食品的检测工作时，NMR 技术主要用来检测常量成分，比如淀粉、水分含量、脂类物质等成分的分析。NMR 技术也可以对食品成分的分子结构进行测定，比如测定食品中的氨基酸、蛋白质和糖分等。此外，NMR 技术可以无损检测水果品质。对于食品来说，食品中水分含量对水分的稳定性和品质都有比较大的影响，是食品加工过程中需要重点考虑的因素。使用NMR 技术可以对食品中水分子氢核横向弛豫时间T2和纵向驰豫时间T2对食品的相关特性进行推测，具有良好的游离水流动性，T2比较大。当底物和水结合时，流动性降低，T2降低。在对面包在冰冻和预冻过程中冰含量和水含量的变化情况进行了测定。经过研究证明，在冻结的整个过程中，面包局部冰含量会成比例降低。有学者使用低脉冲场NMR 技术对PSE 肉和DFD 肉冷冻十个月的过程中水的分布变化和活动情况进行研究。实验证明，在冷冻时间不断增加的情况下，肉中自由水的含量也随之增加。通过使用NMR 技术对常温下保存了十天的熟面团和生面团制作成的干酪水分活度进行了测定。研究证明，两者水分活度均增大。不过生面团干酪水分活度要大于熟面团干酪水分活度。由于食品中水分的活度和蛋白
科技应用
分析化学中核磁共振波普的应用
黄晶晶
河南职业技术学院，河南 郑州 450000
摘要：在计算机技术不断发展下，核磁共振波普在化学中的应用越来越多。本文首先对核磁共振技术的发展历史进行了介绍，然后对共振得到了参数以及核磁工程技术在化学领域中的应用进行了探讨。 关键词：化学中；核磁共振；波普应用 中图分类号：R589.2 文献标识码：A 文章编号：1671-5780(2015)24-0046-02
核磁共振技术可以在不破坏物质内部的情况下探测物质内部。经过多年的发展后，核磁共振技术主要分为两个分支，分别为磁共振成像和核磁共振波普。在磁场强度不断提高的情况下，脉冲试验、信号检测、自旋标记等技术也不断进步，核磁共振的灵敏度不断提升，已经在生物学、化学、食品和医学领域得到了广泛应用。本文重点对化学核磁共振波普的应用进行探讨。
1 核磁共振波普在代谢组学方面的应用 Nicholson 在1999年提出了代谢组学概念，并指出代谢组学是生物体系基因发生变化或者因刺激因素致使代谢产物随着时间发生的变化。以核磁共振NMR 波普技术的代谢组进行研究主要由下述几个方面的步骤：要根据需要解决的问题，进行实验方案的设计，并做好样本的收集工作。然后对核磁共振波普数据进行收集，统计分析NMR 谱，进而将各个组别代谢物含量和种类的相对变化信息提取出来。代谢组学主要使用一维核磁共振谱、横向时间加权谱和扩散加权谱对代谢物信号进行选择性的检测。对信号进行谱图处理、分段积分、数据规划的相关步骤后，然后进行主成分分析和聚类分析，建立具体的数据模型，并进行交叉验证。对变化代谢物进行归属，使用NMR 谱对生物体液混合物样品进行分析时，前期的处理方式较为简单，并且检测速度比较快，检测过程中并不会对样品造成破坏。并且NMR 谱图可以将分子动力学信息和分子结构提供出来。这使得NMR 谱在病理学、毒理学、药物开发、功能基因组等代谢学领域中应用广泛。在开发药物时，代谢组学可以测试早期活体的毒理，并为药物分子的筛选提供参考依据。在研究病理学时，Wang 等对血吸虫病对啮齿动物尿液代谢影响进行了分析和研究，研究发现血吸虫除了对啮齿动物体中三羧酸循环代谢过程造成了影响，并对肠道菌群的代谢也造成了比较大的影响。在营养代谢方面，检测了食用含有大豆异黄酮食物的女性，检测证明异黄酮摄入者尿液中氧化三甲胺会增加。
2 核磁共振波普在蛋白质和药物相互作用进行研究 当药物和蛋白质产生作用后，化学位移、NOE 效应等参数均会发生变化，利用NMR 波普技术可以对相关参数的变化情况进行检测，从而确定药物和蛋白质之间的互相作用。利用NMR 技术探测药物和蛋白质之间的相互作用可以对很广的离解常熟进行探测。特别适合用来研究各个分子之间的弱相互作用。相较于其他方法，NMR 技术可以将药物分子和蛋白质的结合位点确定出来。并且使用NMR 对药物和蛋白质之间的互相作用进行研究具有多变性和灵活性，从检测对象来看，可以对蛋白质检测和药物检测进行简单的划分。在将蛋白质作为检测对象进行研究时，可以根据药物中加入蛋白质前和加入蛋白质后NMR 参数的变化来分析药物和蛋白质之间的呼吸作用。有学者提出了SAR-by-NMR 方法，在对比药物加入之前和加入之后的谱图变化情况后，确定小分子和蛋白质之间是否互相作用，此方法在药物筛选方面具有较高的应用价值。这类高通量筛选可以找出很多靶蛋白和大量药物结合的46 2015年24期
结构片段，并配合其他的方法改造药物，在选择药物库和设计药物时具有非常不错的指导效果。与此同时，这种方法可以对蛋白质和药物之间的NOE 效应进行观察。将药物和蛋白质之间互相作用的界面以及药物和蛋白质之间的空间结构变化进行了确定，从而更好的对药物设计进行指导。但是，使用这种方法要利用毫克级高纯度蛋白样品和同位素标记来得到NMR 信号，周期长、花费成本高，并且在一定程度上限制了分子量。以往在将药物作为检测对象时，可以在对比在药物中加入蛋白质前后NMR 参数的变化，分析药物和蛋白质之间的相互作用，当蛋白质和药物小分子结合以后，化学位移、横向弛豫速率、纵向驰豫速率、信号半峰宽度均会产生比较大的变化。使用这种方法不用使用同位素进行标志，也不需要对蛋白质结构信息进行了解，成本相对比较低，并且可以分析研究分子量比较大的蛋白质。比较常用的NMR 光谱检测方法主要有Water-LOGSY 法、NOE 法、饱和转移差谱法（STE ）等。其中STE 是当前最有效的一种方法，通过和NOE 效应结合，利用1H 差谱对蛋白质和药物之间的互相作用进行研究。当前，STD 技术可以用来对人源鼻病毒蛋白和药物之间互相作用进行检测，波谱技术和STD 技术的结合，还可以用于多糖和固体麦胚凝聚素的结合。
3 食品安全和食品质量中核磁共振波普的应用
在人们生活水平不断提升的情况下，不管是消费者还是生产者，对食品的稳定性和性价比的要求不断提升，所以需要找到良好的技术措施来对食品的质量进行评定。通常情况下，食品体系一般是非常复杂并且非常不均匀的，很多方法都无法在食品检测中取得良好的检测效果。而NMR 技术由于具有比较强的穿透能力，受样品厚度的影响不大，是一种安全、无损、有效的检测方法。在食品安全和食品质量的安全检测中具有非常不错的应用前景。当前，在进行食品的检测工作时，NMR 技术主要用来检测常量成分，比如淀粉、水分含量、脂类物质等成分的分析。NMR 技术也可以对食品成分的分子结构进行测定，比如测定食品中的氨基酸、蛋白质和糖分等。此外，NMR 技术可以无损检测水果品质。对于食品来说，食品中水分含量对水分的稳定性和品质都有比较大的影响，是食品加工过程中需要重点考虑的因素。使用NMR 技术可以对食品中水分子氢核横向弛豫时间T2和纵向驰豫时间T2对食品的相关特性进行推测，具有良好的游离水流动性，T2比较大。当底物和水结合时，流动性降低，T2降低。在对面包在冰冻和预冻过程中冰含量和水含量的变化情况进行了测定。经过研究证明，在冻结的整个过程中，面包局部冰含量会成比例降低。有学者使用低脉冲场NMR 技术对PSE 肉和DFD 肉冷冻十个月的过程中水的分布变化和活动情况进行研究。实验证明，在冷冻时间不断增加的情况下，肉中自由水的含量也随之增加。通过使用NMR 技术对常温下保存了十天的熟面团和生面团制作成的干酪水分活度进行了测定。研究证明，两者水分活度均增大。不过生面团干酪水分活度要大于熟面团干酪水分活度。由于食品中水分的活度和蛋白