一种核磁共振的方法及装置与流程

1.本技术涉及核磁共振领域，具体而言，涉及一种通过核磁共振方法对有机硒化合物进行定量的方法及装置。


背景技术：

2.复杂基质条件下有机小分子的定量研究是有机分析领域中研究热点和难点。具体表现在：在农业领域中，关注农产品和食品中营养和特征物质的性质(定性研究)和含量(定量研究)；在化学和材料领域中，关注化合物在反应过程中变化规律(反应机理研究)；在生物和医疗领域中，关注药物代谢物的代谢规律(代谢研究)和对代谢物的影响(代谢组研究)。相比于液相，气相和毛细管电泳等常规分离手段，定量核磁共振方法表现出明显优势，它具有前处理简单、整个过程中消耗的溶剂和材料很少，用于定量的信号丰富等优势。但是传统定量氢谱受制于有限谱宽，仅有20ppm,尤其对于那些饱和的碳氢化合物来说，氢谱信号的分离就非常困难。近年来，解卷积技术的应用虽然缓解了信号的重叠的影响，但是其定量误差在10％以上，具有很小的应用前景。而在有机物的分析领域，快速对有机物进行定量，能够为有机物各方面性质的进一步研究提供极大便利。
3.核磁共振中的hmbc(heteronuclear multiple bond correlation)异核多重键相关谱，作为一种可用于描述高灵敏度核与低灵敏度核之间远程耦合关系的谱，多被用于利用氢元素和碳元素之间的耦合关系进行有机化合物的定性研究。涉及到对有机物的定量研究方面，由于氢元素和碳元素的信号频率更易与其他元素信号重叠，因此难以利用上述两种元素的耦合关系对有机物进行准确度较高的定量分析。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种通过核磁共振方法对有机硒化合物进行定量的方法及装置，用以解决现有技术中有机物的定量问题。
77
se作为一种稀核量子，其频率范围较大，有机硒的分布范围
‑
50
‑
350ppm，因此利用1h和
77
se之间的耦合关系，能够进行精准度较高的定量分析研究，本方案就是利用这样的性质，来提供一种方法，解决上述技术中的缺陷。
5.第一方面，本技术实施例确定一种通过核磁共振方法对有机硒化合物进行定量的方法。
6.本技术实施例提供一种核磁共振的方法，其通过利用1h
‑
77
se qhmbc脉冲序列对有机硒化合物进行定量检测，包括：极化转移阶段：通过极化转移方式将1h的单量子信号转化为
77
se多量子信号；演化阶段：通过演化方式，获取1h和
77
se信号的耦合关系，并抑止所述有机物中同核原子间的演化；反极化转移阶段：通过反极化转移方式将所述
77
se多量子信号转化为所述1h单量子信号；以及定量求值阶段：完成所述有机硒化合物的定量数据求值。
7.本技术实施例中，将方法的实施过程分为四个阶段，第一个阶段为1h单量子信号到
77
se的多量子信号转移的过程，第二个阶段为
77
se信号演化的阶段，通过演化建立间接
维，形成体现
77
se信号与1h信号之间远程耦合关系的图谱。第三个阶段是在上一阶段获取两元素信号之间的耦合关系后，将多量子信号从
77
se转移至1h通道的单量子信号。第四个阶段的定量求值阶段包括采样阶段，为最终实现对有机硒化合物定量求值的阶段在经历上述四个阶段后，最终达到信号选择范围广，分辨率高，实验过程中消耗的溶剂少，耗材少以及定量准确的效果。
8.进一步地，所述通过极化转移方式将1h单量子信号转化为
77
se多量子信号，包括：通过远程耦合方式实现极化转移；其中，1h通道第一个激发脉冲为90
°
矩形脉冲；其中，第一个
77
se的90
°
脉冲实现采用90
°
选择性激发脉冲。
9.本技术实施例以远程耦合方式为载体，将1h的单量子信号转换为
77
se的多量子信号，远程耦合在这里作为一种实现本实施例的方式。同时，给出一个90
°
的激发脉冲来开始这一极化转移过程。
10.进一步地，所述远程耦合方式中，远程耦合演化的时间间隔具体为0.5至0.02s。
11.本技术实施例中对上述远程耦合的时间间隔设定为0.5至0.02s，这是根据两键和三键耦合的特性来设置的，在本方案中，远程耦合要适用于两键或者三键，这样极化转移的效果最好。相应的，当时间间隔设定为0.5至0.02s时，远程耦合的分布范围达到2至50hz，时间间隔的分布范围是远程耦合时间的倒数。
12.进一步地，所述选择性脉冲设定频率时选择大范围的谱宽；并且所选脉冲为可实现90
°
翻转效果的任一选择性脉冲。
13.本技术实施例中，选择性脉冲设定频率时选择大范围的谱宽，一般在300ppm的范围内，这样能提高信号的分辨率，可以很容易地得到
77
se信号，而滤除其他不相关的信号。此外，在此选用的激发脉冲类型，只需要要求实现90
°
翻转的效果即可，因此有较多类型可实现90
°
翻转的脉冲可供选择。
14.进一步地，所述过演化方法，产生
77
se谱图，获取1h和
77
se信号的耦合关系，并抑止所述物质中同核原子之间的演化,包括：让
77
se多量子信号演化产生能体现1h与
77
se之间远程耦合关系的谱图；采取恒时演化方法抑制所述物质中同核原子之间的演化。
15.本技术实施例中，演化的主要目的是让
77
se信号进行演化，从而建立间接维。前述计划转移阶段是从1h的单量子信号到
77
se的多量子信号的转化，此处的演化主要是
77
se信号内部自身的性质改变。
16.进一步地，所述通过反极化转移方式将
77
se多量子信号重新转化为1h的单量子信号，包括：在反极化阶段仅使用矩形脉冲，将所述物质中的
77
se的多量子信号转化为1h的单量子信号。
17.本技术实施例中，反极化的作用是将7se的多量子信号转移至1h的单量子信号，其原因在于1h信号灵敏度高，更便于进行信号采样。与极化转移不同的是，在这里使用的脉冲必须是矩形脉冲，不能是其他可产生90
°
翻转效果的脉冲，以便将演化阶段中产生的多量子信号转化为单量子信号。
18.进一步地，所述通过反极化转移方式将所述
77
se的多量子信号转化为所述1h的单量子信号，包括：将所述
77
se的多量子信号直接转化为所述1h的单量子信号。
19.本技术实施例中，反极化阶段的信号直接检测，指的是，不加入多余的时间间隔，也不将反相单量子信号转化为同相单量子信号。这里考虑的是信号的衰减问题，在现有技
术中，利用1h和
13
c之间关系进行定性研究，由于定性过程对于灵敏度的要求较低，因此不需要考虑到信号在长时间的时间间隔中发生衰减，在本方案中，由于是定量的描述，因此对灵敏度的要求较高，在本阶段不加入多余的时间间隔，来减少信号在长时间间隔里发生衰减。同理，将反相信号转化为为单量子信号需要长时间间隔来转化，这个过程也会导致信号发生衰减，因此在本方案的实施中，不将反相信号转化为同相单量子信号，以此达到提高结果精确度的效果。
20.进一步地，所述完成有机硒化合物的定量数据求值，包括：通过采样方式完成有机硒化合物的定量数据求值。
21.在本技术实施例中，由于前述反极化阶段，出于减少信号衰减的目的，未将反相单量子信号进行转化为同相单量子信号，因此，在采样阶段，若对
77
se信号采用去耦脉冲，由于上个阶段得到的信号是反相的，所以去耦脉冲会将反相信号的正负值进行抵消，最终信号损失，难以得到采样的结果。
22.进一步地，极化转移包括梯度场，其梯度场表示为gpz1；演化阶段包括梯度场，其梯度场表示为gpz2；反极化阶段包括梯度场，其梯度场表示为gpz3；三个梯度场的幅度比例为：gpz1:gpz2:gpz3＝70.00：30.00：59.07。
23.在本技术实施例中，梯度场作为一种磁场，其作用在于将信号分散开后在重聚起来，目的是提高信号的分辨率和灵敏度，具体来讲，在本方案中，梯度场进行相干选择，将想要的信号选择出来，将不想要的信号剔除，提高灵敏度，降噪。
24.第二方面，本技术实施例提供一种定量1h
‑
77
se qhmbc脉冲序列检测装置，包括：所述装置按照极化转移、恒时演化、反极化转移、定量求值的阶段顺序完成有机硒化合物定量；所述装置的定量过程按照本技术第一方面所提供的方法执行。
25.第三方面，本技术实施例提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，其中，所述处理器和所述存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行第一方面的方法。
26.第四方面，本技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，包括：所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行第一方面的方法。
27.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
29.图1为本技术实施例各阶段流程示意图；
30.图2为本技术脉冲序列设计图；
31.图3为本技术核磁共振装置示意图；
32.图4为本技术实施例提供的电子设备实体结构示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
34.该方法可以应用于复杂基质条件下有机小分子的定量研究，定量二维核磁方法能够解决复杂基质条下的有机小分子定量检测中信号重叠的问题。1h
‑
77
seqhmbc谱可以将一维的氢信号转化为二维平面上，间接维的信号分布范围随着
77
se的信号分布范围相应扩大，有效缓解核磁共振氢谱中谱峰重叠的问题。本实施例在弛豫效应(所属的弛豫指的是，在某一个渐变物理过程中，从某一个状态逐渐地恢复到平衡态的过程。高能物理中，在外加射频脉冲rf(b1)的作用下，原子核发生磁共振达到稳定的高能态后，从外加的射频一消失开始，到恢复至发生磁共振前的磁矩状态为止，这整个过程叫弛豫过程，也就是物理态恢复的过程)和较长的脉冲序列会造成灵敏度下降的影响因素上，提出了相应的解决方案，并开发出一款新型的脉冲序列。
35.图1为本技术实施例各阶段流程示意图，如图1所示，该方法包括：
36.步骤101：极化转移阶段：通过极化转移方式将1h单量子信号转化为
77
se多量子信号。
37.在步骤101具体的实施过程中，通过使用激发脉冲促使极化转移的执行，本阶段实现磁化从丰核1h的单量子信号到稀核
77
se的多量子信号之间的转化，这里的丰核和稀核指的是对应的同位素在自然界中的稀有程度，在自然界稀有的同位素称为稀核，在自然界丰富的同位素称为丰核信号从1h单量子信号转化为
77
se多量子信号。本阶段在激发脉冲作用下开始进行极化转移，当结束时，单量子信号转移到
77
se的多量子信号。
38.步骤102：演化阶段，通过演化方式，获取1h和
77
se信号的耦合关系，并抑止所述有机物中同核原子间的演化。
39.在具体的实施过程中，当信号集中到
77
se后，建立间接维，产生能体现1h与
77
se之间远程耦合关系的二维图谱。在极化转移阶段只是将信号集中到了
77
se，演化阶段是
77
se信号自身性质的改变。
40.步骤103：反极化阶段，通过反极化转移方式将所述
77
se的多量子信号转化为所述1h单量子信号。
41.在具体的实施过程中，本阶段通过极化转移实现磁化从稀核
77
se的多量子到丰核1h的反相单量子之间的转化，可以理解为量子的信号振动频率由由
77
se的频率转化到1h的频率。仅在
77
se多量子信号中加入90
°
脉冲，从而达到反极化的效果。
42.步骤104：定量求值阶段，完成所述有机硒化合物的定量数据求值。
43.在具体的实施过程中，本阶段利用上述步骤中极化转移、演化、反极化转移所取得的1h与
77
se之间的远程耦合关系，对前述反相单量子信号进行采样处理，完成对有机硒化合物进行定量。
44.在上述步骤101中，使用的激发脉冲，其目的在于实现90
°
翻转的效果，因此在第一个
77
se的90
°
脉冲实现里，只要能够达到90
°
翻转效果的选择性激发脉冲都可以使用，可能为组合脉冲和绝热脉冲(组合脉冲指的是用规定脉冲或单音提供若干个不同编码信号的制式，其编码的决定因素是两个或多个脉冲计数，绝热脉冲与非绝热脉冲的分类是按照射频
脉冲的均匀属性进行划分)，包括：eburp2,g4,gauss1
‑
90,pc9
‑4‑
90,q5,seduce,sinc1,squa100,squaramp.20。
45.同样在上述步骤101中，将信号由1h单量子信号转化为
77
se通道的过程所利用的方式可以采用远程耦合的方式，根据本方案中1h原子与
77
se原子的特性，这里的远程耦合时间要适用于两键和三键的耦合常数，故在此设立时间间隔为0.5
‑
0.02s，相应地，远程耦合的分布范围为远程耦合时间间隔的倒数，故将远程耦合的分布范围设定为2
‑
50hz。
46.在上述步骤102中，演化时可采用恒时演化方法，来抑止间接维中的同核演化，同核演化指的是同核原子之间的演化，例如h
‑
h之间，se
‑
se之间。
47.在上述步骤103中，在本步骤的实施过程中，需要注意的是，不加入多余的时间间隔，而是采用极短的时间间隔，其原因在于，在现有技术中，hmbc用于利用h
‑
c之间的耦合关系进行定性分析，在这个过程中，由于定性研究对于灵敏度的要求较低，因此不会对时间间隔作出要求。而在本方案中，是进行定量研究，且考虑到低浓度的信号对灵敏度的要求，故采用极短的时间间隔，从而消除因为信号在长时间的时间间隔中发生衰减的影响。同理，因为反相单量子信号转化为同相单量子的过程中，会发生信号的衰减，因此在反极化阶段，不将反相单量子信号转化为同相单量子信号，从而达到提升本方案测量灵敏度的效果。
48.在上述步骤104中，由于步骤103中未对反相单量子信号进行转化，故在这里要选取非去耦脉冲信号，防止去耦脉冲将反相单量子信号正负相抵，从而使得信号抵消后损失掉。
49.上述步骤101
‑
103的过程中，即极化转移阶段、演化阶段、反极化转移阶段，每个阶段均需要加入梯度场，梯度场的作用在于，将有机物中信号分散开来然后再重聚，利用该方法对噪音信号进行压制，从而提高信号分辨率和灵敏度，本方案中的梯度场设置是进行相干选择，将想要的信号选择出来，将不需要噪音信号压制。在本方案中，能够达到信号选择最佳效果的梯度比例设置为gpz1:gpz2:gpz3＝70.00：30.00：59.07，其中gpz1代表极化转移阶段的梯度场，gpz2代表演化阶段的梯度场，gpz3代表反极化阶段的梯度场。
50.图2为本方案的脉冲序列设计图：
51.其中，t
ct
是恒时演化阶段采用的时间间隔，d0是递增的时间间隔，时间间隔t
ct
＝演化的时域点数
×
递增的时间间隔，g1,g2,g3分别对应极化转移阶段的梯度场、演化阶段的梯度场、反极化阶段的梯度场。梯度场的概念为核磁共振领域的通俗知识，在本方案中，将上述三个梯度的比例设置为：g1:g2:g3＝70.00：30.00：59.07，在这样的比例设置下，能够起到压制噪音信号，提高灵敏度的作用，噪声的来源主要是指仪器里的热噪声。
52.在图2中，首先给1h信号发出激发脉冲，该脉冲为90
°
矩形脉冲201，在该脉冲的激发作用下，产生单量子信号(未示出)。随后在
77
se通道给出一个激发脉冲203，此处的激发脉冲为90
°
的选择性脉冲，包括：eburp2,g4,gauss1
‑
90,pc9
‑4‑
90,q5,seduce,sinc1,squa100,squaramp.20。在激发脉冲203的作用下，产生多量子信号(未示出)，随之进入演化阶段。其中，图2中所表示的t
ct
‑
d0可以理解为一个不断变化的缓冲时间，是一个因变量，其自变量是d0，t
ct
‑
d0的作用可以视为对d0变化的缓冲，保证整个演化过程的时间总量为一个恒定值。在演化过程中，1h信号会有第二个激发脉冲，该脉冲为180
°
的矩形脉冲205，随后在演化开始后经过2d0的时间210，在
77
se信号使用下一个激发脉冲207，该脉冲为90
°
的矩形脉冲，在脉冲207的作用下，发生反极化作用，产生反相单量子信号(未示出)。图2演化阶段之
后的折线图220，反映的是信号采样的过程。
53.请参见图3，图3示出的本技术实施例提供的核磁共振装置300的结构示意图；装置300可以是电子设备上的模块、程序段或代码。应理解，装置300与上述图1方法实施例对应，能够执行图1方法实施例涉及的各个步骤，装置300具体的功能可以参见本技术上文中关于相关实施例的描述，为避免重复，此处适当省略。
54.核磁共振装置300包括，极化转移模块301，用于将1h单量子信号转化为
77
se信号的多量子信号；在模块301具体的作用过程下，实现磁化从丰核1h的单量子信号到稀核
77
se的多量子信号之间的转化，信号从1h单量子信号转化为
77
se多量子信号。
55.演化模块302，用于获取1h和
77
se信号的耦合关系，并抑止所述有机物中同核原子之间演化。模块302将信号集中到
77
se多量子信号后，让
77
se进行演化，建立间接维,该演化的产生能体现1h与
77
se之间远程耦合关系的二维图谱。极化转移装置只是将信号集中到了
77
se通道，演化装置是对
77
se信号自身性质进行改变。
56.反极化转移模块303，用于将
77
se的多量子信号转化为1h的单量子信号。模块303实现极化转移实现磁化从稀核
77
se的多量子到丰核1h的反相单量子之间的转化，使得量子的信号振动频率由
77
se的频率转化到1h的频率。模块303仅在
77
se通道中加入90
°
脉冲，从而达到反极化的效果。
57.定量求值模块304，用于在1h通道完成对有机硒化合物的定量。模块304利用上述模块中极化转移、演化、反极化转移所取得的1h与
77
se之间的耦合关系，对前述反相单量子信号进行采样处理，完成对有机硒化合物进行定量。
58.可选地，在本技术实施例中，极化转移模块包括：
59.耦合模块，通过远程耦合方式实现极化转移。
[0060]1h信号激发脉冲模块，用于在1h单量子信号产生一个90
°
矩形激发脉冲。
[0061]
77
se信号激发脉冲模块，用于在
77
se多量子信号产生一个90
°
选择性激发脉冲。
[0062]
耦合模块还用于在远程耦合时提供0.5
‑
0.02的时间间隔和2
‑
50hz的分布范围。
[0063]
可选地，在本技术实施例中，演化模块包括：
[0064]
图谱生成模块，用于控制
77
se多量子信号从一个点演化产生谱图。
[0065]
同核演化抑止模块，用于抑制演化阶段的同核演化。
[0066]
可选地，在本技术实施例中，反极化转移模块包括：
[0067]
77
se通道激发脉冲模块，用于在
77
se多量子信号产生一个90
°
矩形激发脉冲，发生反极化，产生反相单量子信号。
[0068]
信号衰减抑制模块，用于防止信号在长时间的时间间隔中发生衰减。
[0069]
可选地，在本技术实施例中，定量求值模块包括：
[0070]
采样模块，用于采集反相单量子信号进行求值。
[0071]
可选地，上述模块301
‑
303所对应的阶段中，即极化转移阶段、演化阶段、反极化转移阶段中，每个阶段均需要加入梯度场，梯度场的作用在于，将有机物中信号分散开后再重聚起来，目的是提高信号的分辨率和灵敏度，本装置中的梯度场设置是进行相干选择，将想要的信号选择出来，将不需要被研究的信号剔除。在本装置中，能够达到信号选择最佳效果的梯度比例设置为gpz1:gpz2:gpz3＝70.00：30.00：59.07，其中gpz1代表极化转移阶段的梯度场，gpz2代表演化阶段的梯度场，gpz3代表反极化阶段的梯度场。
[0072]
应理解的是，该装置与上述的核磁共振方法实施例对应，能够执行上述方法实施例涉及的各个步骤，该装置具体的功能可以参见上文中的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。该装置包括至少一个能以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器中或固化在装置的操作系统(operating system，os)中的软件功能模块。
[0073]
请参见图4，图4示出的本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
[0074]
本技术实施例提供的一种电子设备400，包括：处理器401和存储器402，存储器402存储有处理器401可执行的机器可读指令，机器可读指令被处理器401执行时执行如上的方法。
[0075]
本技术实施例还提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上的方法。
[0076]
其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(static random access memory,简称sram)，电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read
‑
only memory,简称eeprom)，可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory,简称eprom)，可编程只读存储器(programmable red
‑
only memory,简称prom)，只读存储器(read
‑
only memory,简称rom)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。本技术实施例提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施例仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术实施例的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以和附图中所标注的发生顺序不同。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这主要根据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
[0077]
另外，在本技术实施例中的各个实施例的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
[0078]
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0079]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。