低场核磁技术研究水分子运动状态

水分子的运动：

水分子是粘在一起、一个挨着一个、振动着的分子。水保持着它的体积；它不会散开，因为它的分子互相吸引。

当温度升高，水分子的运动也加强。如果继续加热，到了分子间的吸引力不足以把它们拉在一起时，分子就会飞走，互相分离。

升温影响水分子的运动：

互相吸引的水分子→加热（得到外部能量）→分子运动加强，能量增加→总能量增加→温度升高→继续加热→吸引力不足→分子就会飞走，互相分离→蒸发。

当温度降低，水里的原子、分子的振动逐渐减弱。 原子之间是有吸引力的，在很低的温度下将发生的情况：分子被锁定在一种新的型式中，这就是冰。冰是水分子六角形阵列。虽然是一种刚性的结晶形态。

冰的原子并不是静止不动的，所有的原子仍在原地振动。 提高温度，它们振动的幅度越来越大，直到把它们自己从所在的位置上摇下来。 叫熔化。固体和液体的差别就在于，固体中的原子是按照某种阵列排列的，叫做晶体阵列。

降温影响水分子的运动：

降低温度→能量低了→分子运动减弱→很低的温度→分子锁定成六角形结构的冰→原子就地振动→冰的温度。

低场核磁技术研究水分子运动状态

低场核磁共振技术可用于研究水分子运动状态，弛豫时间特征参数可以反映当前温度下水分子的活性。相同温度下，水分子活性越大，弛豫时间越长。所以自由水的T2弛豫时间要远远大于冰的弛豫时间。

生物体系中，水分子与周围物质发生作用，从而影响水分子的运动特性。T2弛豫图谱可区分样品中不同运动状态的水组分。

多层结构形成机理：大分子的亲水基团（—NH2，—OH）与邻近水分形成氢键，由于氢键极化，水分子反过来倾向与下一层水分子形成氢键，如此反复，最后形成极性的多层结构。这个又是NMR研究水分相态的基础依据，由于结合水直接与大分子基团以氢键结合，受到束缚程度较大，水分运动性较弱，衰减速度最快，自由水游离在结构以外，水分运动性较强，衰减速度最慢，从而根据弛豫时间的大小来区分水分相态。

推荐仪器：纽迈NMI20系列变温低场核磁共振