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生物细胞内游离离子及离子通道(Ca2+、Mg2+、Na+、K+以及Na+/Ca2+和Na+/Li+交换等)在生理病理过程中起着重要作用.用于这些方面研究的生物核磁共振方法主要包括有:31P NMR、19F NMR、7Li NMR及 23NaNMR等.31P NMR主要用于对细胞内小分子代谢物、pH及游离Mg2+的分析测定;19F NMR是利用氟代指示剂间接地测定细胞内游离Mg2+和Ca2+的浓度,进而对钙镁离子通道进行分析研究;7Li NMR、23Na NMR等方法分别用于研究Li+、Na+/Li+交换、