2025年大學(xué)《核物理》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——核子共振技術(shù)在生命科學(xué)中的作用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.原子核自旋量子數(shù)I為半整數(shù)（如1/2,3/2）的核種，其核磁矩方向在強(qiáng)磁場(chǎng)B?中只有（）種可能取向。A.IB.2IC.I+1D.2I+12.在恒定主磁場(chǎng)B?中，不同化學(xué)環(huán)境的同種原子核（如1H），其拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率ω?的微小差異稱(chēng)為（）。A.核自旋B.磁旋比C.化學(xué)位移D.自旋-自旋耦合3.對(duì)于自旋量子數(shù)I>1/2的原子核，在僅存在主磁場(chǎng)B?的情況下，其核磁矩只有（）個(gè)能級(jí)。A.1B.2C.ID.2I+14.核磁共振波譜中，化學(xué)位移通常用（）單位表示。A.赫茲(Hz)B.特斯拉(T)C.秒(s)D.百萬(wàn)赫茲(MHz)5.在1HNMR譜中，一個(gè)化學(xué)位移為δ的信號(hào)若分裂成三組峰（三重峰），則其鄰近存在（）個(gè)化學(xué)環(huán)境不同的鄰近氫核（不等同氫核）。A.1B.2C.3D.46.核磁共振成像（MRI）中，利用梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生空間編碼信息，其中頻率編碼梯度施加在（）方向。A.磁場(chǎng)B?方向B.x方向C.y方向D.z方向7.能夠提供分子中碳?xì)涔羌苓B接信息，并將1H和13C信號(hào)聯(lián)系起來(lái)的一維NMR譜是（）。A.1H單量子譜B.13C單量子譜C.HSQC譜D.NOESY譜8.在核磁共振實(shí)驗(yàn)中，使失相的FID信號(hào)恢復(fù)到初始狀態(tài)，以便進(jìn)行再次激發(fā)和檢測(cè)的過(guò)程稱(chēng)為（）。A.譜峰包絡(luò)B.信號(hào)累加C.自旋回波D.化學(xué)位移9.核磁共振弛豫過(guò)程是恢復(fù)縱向磁化Mz和橫向磁化Mxy動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。T1弛豫（自旋-晶格弛豫）主要恢復(fù)（）。A.MzB.MxyC.化學(xué)位移D.自旋-自旋耦合10.核磁共振技術(shù)在生命科學(xué)研究中，可用于測(cè)定（）。A.生物大分子的三維結(jié)構(gòu)B.血液中的氧含量C.細(xì)胞膜的流動(dòng)性質(zhì)D.以上所有二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上）1.核磁共振現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)是原子核具有________和在磁場(chǎng)中會(huì)________。2.Larmor方程ω=γB?描述了原子核的________與主磁場(chǎng)強(qiáng)度B?的關(guān)系，其中γ是核的________。3.NMR譜圖中，譜峰的強(qiáng)度通常與該化學(xué)位移處氫核的________成正比。4.在1HNMR譜中，若一個(gè)信號(hào)呈現(xiàn)單峰，表明該氫核周?chē)鷽](méi)有________的氫核。5.核磁共振成像（MRI）利用原子核在磁場(chǎng)中的________效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生圖像信號(hào)。6.自旋回波（SE）脈沖序列通過(guò)180°脈沖將失相的橫向磁化反轉(zhuǎn)，主要用于補(bǔ)償________弛豫。7.HSQC（HeteronuclearSingleQuantumCoherence）譜能夠?qū)_______信號(hào)與________信號(hào)相關(guān)聯(lián)。8.T2弛豫（自旋-自旋弛豫）是指橫向磁化Mxy由于相鄰原子核間的________而衰減的過(guò)程。9.核磁共振波譜學(xué)是結(jié)構(gòu)生物學(xué)的重要工具，通過(guò)解析________譜可以確定蛋白質(zhì)等生物大分子的三維結(jié)構(gòu)。10.核磁共振成像（MRI）在醫(yī)學(xué)診斷中，利用不同組織（如水、脂肪、灰質(zhì)、白質(zhì)）的________差異來(lái)形成對(duì)比圖像。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述核磁共振弛豫的T1和T2兩個(gè)時(shí)程的物理意義。2.簡(jiǎn)述核磁共振成像（MRI）中梯度磁場(chǎng)的作用。3.簡(jiǎn)述自旋-自旋耦合對(duì)1HNMR譜圖的影響。4.簡(jiǎn)述核磁共振技術(shù)在藥物研發(fā)中的一種應(yīng)用。四、計(jì)算題（共10分）已知質(zhì)子（1H）的磁旋比γ_H≈2.675×10?rad/s·T，將一個(gè)含有1H原子核的樣品置于1.5特斯拉（T）的主磁場(chǎng)中，計(jì)算其拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率（單位：MHz）。五、論述題（10分）論述核磁共振成像（MRI）技術(shù)相對(duì)于其他醫(yī)學(xué)成像技術(shù)（如CT）在生命科學(xué)研究中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和局限性。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.D4.A5.B6.D7.C8.C9.A10.D二、填空題1.磁性；進(jìn)動(dòng)2.進(jìn)動(dòng)頻率；磁旋比3.數(shù)量4.等同5.自旋回波6.T27.1H；13C8.自旋-自旋相互作用（或相互作用）9.1HNMR10.T1弛豫時(shí)間（或縱向弛豫時(shí)間）三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：T1弛豫是指失相的縱向磁化Mz在自旋-晶格相互作用下，能量從系統(tǒng)（晶格）吸收而恢復(fù)到熱平衡狀態(tài)的過(guò)程，反映縱向磁化的恢復(fù)速度。T2弛豫是指失相的橫向磁化Mxy由于自旋-自旋相互作用（相鄰核之間的偶極-偶極相互作用）引起的隨機(jī)相干失配而衰減的過(guò)程，反映橫向磁化的衰減速度。2.解析思路：MRI中，梯度磁場(chǎng)用于對(duì)空間進(jìn)行編碼。頻率編碼梯度沿讀出（Readout）方向施加，使不同位置的質(zhì)子進(jìn)動(dòng)頻率不同，從而根據(jù)信號(hào)頻率區(qū)分不同位置的信號(hào)。相位編碼梯度沿相位（Phase）方向施加，通過(guò)施加不同的梯度脈沖來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制，從而區(qū)分不同位置的信號(hào)。3.解析思路：自旋-自旋耦合是指一個(gè)原子核的磁矩會(huì)影響其鄰近不等同氫核的進(jìn)動(dòng)，反之亦然，導(dǎo)致這些氫核的拉莫爾進(jìn)動(dòng)頻率發(fā)生微小變化。這種相互作用使得原始的單峰分裂成多個(gè)峰（裂分），峰的數(shù)量由鄰近不等同氫核的數(shù)量決定（n+1規(guī)則），峰的相對(duì)強(qiáng)度反映了鄰近核的數(shù)量，從而提供了分子中原子核之間連接關(guān)系（化學(xué)結(jié)構(gòu)）的信息。4.解析思路：NMR在藥物研發(fā)中可用于：①確定藥物分子的精確化學(xué)結(jié)構(gòu)；②研究藥物分子在溶液中的構(gòu)象和動(dòng)力學(xué)；③探究藥物分子與靶點(diǎn)（如蛋白質(zhì)、酶）的結(jié)合方式和結(jié)合位點(diǎn)（通過(guò)結(jié)合誘導(dǎo)的化學(xué)位移變化、交換速率變化等）；④評(píng)估藥物代謝產(chǎn)物和藥物動(dòng)力學(xué)行為。四、計(jì)算題解析思路：根據(jù)拉莫爾方程ω=γB?，其中ω的單位需轉(zhuǎn)換為MHz（1Hz=10??MHz），B?的單位為T(mén)。計(jì)算過(guò)程如下：ω=γ_H×B?=(2.675×10?rad/s·T)×(1.5T)=4.0125×10?rad/sω(MHz)=4.0125×10?rad/s×(1/10?)(s/MHz)=401.25MHz答案：401.25MHz五、論述題解析思路：論述需包含兩方面：優(yōu)勢(shì)（Strengths）和局限性（Limitations）。*優(yōu)勢(shì)：1.無(wú)電離輻射：MRI使用射頻脈沖而非電離輻射，對(duì)生物組織損傷小，特別適合孕婦、兒童及需要重復(fù)檢查的患者，這是其最顯著的優(yōu)點(diǎn)。2.軟組織對(duì)比度好：MRI對(duì)含水量不同的軟組織（如腦、肌肉、器官）具有天然的優(yōu)良對(duì)比度，能清晰顯示不同軟組織的形態(tài)和病理變化。3.多參數(shù)成像：除了解剖結(jié)構(gòu)成像（T1WI,T2WI），MRI還能提供多種功能性信息，如血氧水平依賴(lài)（BOLD）成像、擴(kuò)散張量成像（DTI）、磁化傳遞成像（MTI）等，反映組織功能、微結(jié)構(gòu)特性。4.任意方位成像：MRI可以在任意方向上進(jìn)行斷層成像，便于從最佳角度觀察病變和結(jié)構(gòu)。*局限性：1.成像時(shí)間較長(zhǎng)：相對(duì)于CT，MRI成像通常需要更長(zhǎng)的掃描時(shí)間，患者需要保持較長(zhǎng)時(shí)間的不動(dòng)，對(duì)幽閉恐懼癥患者不友好。2.對(duì)金屬敏感：強(qiáng)磁場(chǎng)和梯度磁場(chǎng)會(huì)對(duì)體內(nèi)金屬植入物（如起搏器、金屬支架、體內(nèi)植入物）產(chǎn)生干擾、移位甚至加熱，導(dǎo)致掃描風(fēng)險(xiǎn)或禁忌。3.禁忌癥較多：如帶有心臟起搏器、神經(jīng)刺激器