第五章-核磁共振方法解析蛋白质结构ppt课件.ppt

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1、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物核磁共振方法解析蛋白质结构核磁共振方法解析蛋白质结构我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物核磁共振是解析蛋白质结构的一种重要方法核磁共振是解析蛋白质结构的一种重要方法 优点：不需结晶；可研究动力学。优点：不需结晶；可研究动力学。 缺点：受分子量限制，需要标记。缺点：受分子量限制，需要标记。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢

2、？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Malate synthase G (82kDa)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Richard Robert Ernst Ernst was awarded the Nobel Prize in Chemistry in 1991 for his contributions towards the development of Fourier Transform nuclear magnetic resonance spectro

3、scopy and the subsequent development of multi-dimensional NMR techniques. 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Kurt Wthrich He was awarded half of the Nobel Prize in Chemistry in 2002 for his development of nuclear magnetic resonance spectroscopy for determining the th

4、ree-dimensional structure of biological macromolecules in solution. 我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物核磁共振的原理核磁共振的原理 自旋量子数（自旋量子数（I） 原子序数和原子质量都为偶数：原子序数和原子质量都为偶数：I=0I=0( (1212C, C, 1616O)O) 原子序数为奇数，原子质量为偶数：原子序数为奇数，原子质量为偶数： I=整数整数( (1414N, N, 2 2H, H, 1010B)B) 原子质量为奇数：

5、原子质量为奇数： I=半整数半整数( (1 1H, H, 1313C, C, 1515N, N, 3131P)P)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 自旋状态（自旋状态（M） M =I,(I-1),(I-2),-I M =I,(I-1),(I-2),-I 对于对于1 1H, H, 1313C, C, 1515N, N, 3131P P 来说来说: : M =1/2,-1/2 M =1/2,-1/2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证

6、实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 凡自旋不为零的原子核，在外加静磁场中发生凡自旋不为零的原子核，在外加静磁场中发生能能级裂分级裂分，共振吸收一特定频率的射频电磁场能量，共振吸收一特定频率的射频电磁场能量的现象，即为核磁共振。的现象，即为核磁共振。Bo = 0Bo 0E = h Bo / 2=h a ab b为磁旋比，由核的性质所决定。为磁旋比，由核的性质所决定。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 核磁共振的灵敏度核磁共振的灵敏度 N-N N / N = e E / kT E = h Bo

7、 / 2 对于在 400 MHz (BoBo = 9.5 T) 磁场下的1H： N/ N=1.000064我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 磁场越强，灵敏度越高磁场越强，灵敏度越高 磁旋比越大，灵敏度越高磁旋比越大，灵敏度越高 1H = 26.75 rad / G； 13C = 6.73 rad / G； 15N = -2.71rad / G 核的丰度越高，灵敏度越高核的丰度越高，灵敏度越高我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我

8、的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1H谱谱 天然丰度高；灵敏度高。13C谱谱 天然丰度低；灵敏度低；化学位移拓展宽、分辨率好15N谱谱 天然丰度低；灵敏度低；化学位移拓展宽、分辨率好我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 核磁共振的频率核磁共振的频率 E=h Bo / 2 = Bo / 2 E=h 在常用磁体（ 2.35 - 18.6 T ）下， 1H 的共振频率

9、在100-800MHz范围，13C为它的1/4，15N为它的1/10。 10-1010-8 10-6 10-4 10-2 100 102 wavelength (cm) g-rays x-rays UV VIS IR m-wave radio我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 进动进动(larmor)频率频率 = 2 0 = B0我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐

10、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物核磁共振的主要参数核磁共振的主要参数 化学位移化学位移 耦合常数耦合常数 峰强峰强 核欧佛豪斯效应（核欧佛豪斯效应（NOENOE） 横向驰豫时间横向驰豫时间 纵向驰豫时间纵向驰豫时间 线宽线宽我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐

11、怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物化学位移化学位移 不同的原子处于不同的化学环境，即处于不同的电磁环境,因此表现出不同的共振频率： = =（BoBoB B）/2/2 =2=2= =(BoBoB B) )我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 逆磁屏蔽逆磁屏蔽我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 微磁环境微磁环境我吓了一跳，蝎子是

12、多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 B Beffeff=B=B0 0-B-Blocloc- B- Beffeff =B =B0 0(1-(1-) )我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 化学位移的表示方法化学位移的表示方法H3CSiCH3CH3CH3我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物AromaticIminesA

13、midesHCb b, g g, d d, . HCa awater10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物影响化学位移的效应：影响化学位移的效应：环流位移效应 环状分子的大电子云产生的附加磁场对核的影响顺磁离子效应 金属离子对周围核的影响pH滴定效应 不同pH下各基团解离情况的不同对化学位移的影响我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物耦合常数耦合常数 自旋耦

14、合自旋耦合 共价键（1-4个键）相连核之间的特性张量的相互作用13C1H1H1Hone-bondthree-bond我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 自旋裂分自旋裂分 由于被测核与相邻核自旋耦合引起的谱线裂分， 裂分的大小称为耦合常数耦合常数aaabbabbI SSSIIJ (Hz)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢

15、？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 耦合常数不随磁场的变化而变化耦合常数不随磁场的变化而变化 两核耦合引起对方谱线裂分的大小相等两核耦合引起对方谱线裂分的大小相等 相距越远、所隔键数越多，耦合越弱相距越远、所隔键数越多，耦合越弱 重原子比轻原子耦合强重原子比轻原子耦合强 耦合常数的大小与耦合核的二面角有关耦合常数的大小与耦合核的二面角有关我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证

16、实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物峰强、驰豫和线宽峰强、驰豫和线宽 峰强与共振粒子数成正比。峰强与共振粒子数成正比。 纵向驰豫是高能原子核将其多余能量交给周围介纵向驰豫是高能原子核将其多余能量交给周围介质而返回低能态的过程。质而返回低能态的过程。 横向驰豫是由于磁场不均等因素引起的磁化矢量横向驰豫是由于磁场不均等因素引起的磁化矢量的相移。的相移。 由于磁场的不均一，会导致谱线增宽。线宽为横由于磁场的不均一，会导致谱线增宽。线宽为横向驰豫时间的倒数。分子翻滚速率、溶液粘度和向驰豫时间的倒数。分子翻滚速率、溶液粘度和分子内部运动性等影响线宽。分子内部运动性等影响线宽。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶

17、和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物纵向驰豫（纵向驰豫（T1T1）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物横向驰豫（横向驰豫（T2T2）我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NOENOE 不同核之间通过空间的偶极相互作用，其强度与不同核之间通过空间的偶极相互作用，其强度与核间距的六次方成反比。核间距的六次方成反比。 若用射频照射核

18、若用射频照射核A A，其谱峰被抑制，与其空间靠近，其谱峰被抑制，与其空间靠近的另一核的另一核B B的谱峰会略有增强，其增强的程度，即的谱峰会略有增强，其增强的程度，即为为NOENOE强弱的度量。强弱的度量。 因因NOENOE的强度与核间距有关，所以是分子结构中的的强度与核间距有关，所以是分子结构中的最重要参数。最重要参数。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物一维谱一维谱 共振峰强度随频率（化学位移）变化共振峰强度随频率（化学位移）变化我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个

19、美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物二维谱二维谱 吸收峰强度对两个频率变量作图我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物COSYCOSY我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物TOCSYTOCSY我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，

20、为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NOESYNOESY我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物1H1H共振的分布共振的分布我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物异核二维谱异核二维谱我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物多维谱多维谱我吓了一跳，蝎子

21、是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物多维多维NMRNMR解析蛋白质结构解析蛋白质结构我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物谱峰认证谱峰认证我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物自旋体系认证自旋体系认证我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里

22、边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物序列认证序列认证我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物NOENOE认证认证TO

23、CSY NOESYLeuAlaAsnGlyNHHCLeuAlaAsnGlyNHHC我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物用于用于NMRNMR结构计算的约束结构计算的约束 NOE5NOE5 化学位移化学位移二级结构二级结构 偶极常数偶极常数二面角二面角 氢氘交换氢氘交换氢键氢键 顺磁驰豫增强顺磁驰豫增强(PRE)(PRE)远距离（远距离（3030） 残余偶极耦合残余偶极耦合(RDC)(RDC)空间定向空间定向我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉

24、快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物特征特征NOENOE与二级结构与二级结构我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物化学位移与二级结构化学位移与二级结构我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物偶极耦合与二面角偶极耦合与二面角我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物氢氘交换与结构和氢键氢氘交换与结构和氢键

25、我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物4.04.0(Has)4.08.0(NHs) 7.0t = 0 - No D2OAdd D2Ot = t1t = t2我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物由核磁数据构建蛋白质溶液三维结构由核磁数据构建蛋白质溶液三维结构我吓了一跳

26、，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物Strong NOE1.8 - 2.7 Medium NOE1.8 - 3.3 Weak NOE1.8 - 5.0 3JNa a 5 Hz -80 f f 8 Hz -160 f f -80我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物核磁共振谱仪

27、的组成核磁共振谱仪的组成MagnetProbeConsoleComputer我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物对对磁体磁体的要求的要求 高磁场强度高磁场强度 高稳定性高稳定性 高均匀性高均匀性我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物高磁场强度：高分辨率高灵敏度高磁场强度：高分辨率高灵敏度我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错

28、：表里边有一个活的生物 信噪比的完全方程信噪比的完全方程我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物550600650Hz750800850900950Hz11001150120012501300135014001450Hz900 MHz600 MHz400 MHzCurrent Data ParametersNAME txioestradiolEXPNO 3PROCNO 1F2 - Acquisition ParametersDate_ 20010126Time 16.50INSTRUM spectP

29、ROBHD 5 mm TXI 13C ZPULPROG zgTD 65536SOLVENT CDCl3NS 4DS 0SWH 7440.476 HzFIDRES 0.113533 HzAQ 4.4040694 secRG 180DW 67.200 usecDE 6.00 usecTE 300.0 KD1 3.00000000 sec= CHANNEL f1 =NUC1 1HP1 10.00 usecPL1 -4.00 dBSFO1 900.0236581 MHzF2 - Processing parametersSI 65536SF 900.0200000 MHzWDW GMSSB 0LB -

30、0.30 HzGB 0.3PC 4.00Oestradiol-acetate我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物样品的准备样品的准备溶剂的选择溶剂的选择 1. 样品在其中有高溶解度； 2. 在我们所感兴趣的波谱范围内没有溶剂峰；

31、 3. 在做变温实验的温度范围内保持液体状态。 通常使用一些氘代溶剂通常使用一些氘代溶剂 减少溶剂峰的干扰 采用氘核内锁稳定磁场，起锁场的作用 H2O 是生物分子最适宜的溶剂(90%H2O,10%D2O)我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物 蛋白质蛋白质NMRNMR研究的溶液条件研究的溶液条件 pH不要大于7。 缓冲体系要保证蛋白质的稳定及高溶解度。 蛋白质的浓度通常要求有数mM。 避免缓冲液中其他成份对蛋白质谱图的干扰。 无机盐浓度不宜大于数百mM 。在样品溶液中不能有重金属离子污染。 通常加入1mM左右NaN3以避免样品长霉菌。我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物我吓了一跳，蝎子是多么丑恶和恐怖的东西，为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢？但是我也感到愉快，证实我的猜测没有错：表里边有一个活的生物思考题思考题 一个原子在500MHz谱上的化学位移是8ppm，它在800MHz的谱上的化学位移是多少Hz? 一个共振峰在500MHz谱上的耦合常数是10Hz，它在800MHz谱上的耦合常数是多少ppm？ 样品浓度增加一倍，场强增加一倍，信噪比各增加多少？为什么？