核磁共振波谱法简介和其工作原理

核磁共振（nuclear magnetic resonance ; NMR ）现象是1946 年由美国斯坦福大学的F . Bloch 等人和哈佛大学的E . M . Purcell等人各自独立发现的，Bloch 和Purcell 因此获得了1952 年诺贝尔物理学奖。40 多年来，核磁共振不仅形成为一门有完整理论的新兴学科— 核磁共振波谱学，并且，各种新的实验技术不断发展、仪器不断完善，在化学、生物学、医学、药物学等许多领域得到了广泛的应用。核磁共振波谱仪已成为研究分子结构和分子运动等不可缺少的工具。1991 年诺贝尔化学奖被授予瑞士苏黎世联邦理工学院的磁共振专家R . R . Ernst 教授，这不仅是对Ernst 教授为核磁共振的发展所作出的杰出贡献的表彰，也是对核磁共振波谱学在化学领域所发挥的重要作用的肯定。
　　发现核磁共振现象的实验设计是创造性的，频谱分析仪| 电池测试仪| 相序表| 万用表| 功率计| 示波器| 电阻测试仪| 电阻计| 电表|但当时的实验装置比较简单，大约到50 年代末才发展成为可实用于化学研究领域的商品仪器。与当时的科技条件相适应，连续波核磁共振波谱仪成为60 年代化学实验室中的重要分析工具。60 年代末，由于快速傅里叶变换算法的出现及计算机的飞速发展，脉冲傅里叶变换核磁共振波谱仪应运而生。因其观测灵敏度高、测量速度快、功能多、操作方便，一跃成为70 年代主要商品核磁共振波谱仪。此后，随着超导磁体的引入，计算机及电子技术的进一步发展，许多新技术的开发（如多维核磁共振、固体高分辨核磁共振、磁共振成像等），核磁共振波谱仪变得更完善、更多样化、也更复杂。与其它的谱分析方法（如质谱、红外光谱等）相比，核磁共振的灵敏度相对较低，但它所能提供的原子水平上的结构信息是其它方法所无法比拟的。
　　核磁共振波谱学是一门边缘学科，它从物理原理出发，以电子技术和计算机作为手段，获取化学、生物学等各学科所需的图谱信息。本节在简单介绍波谱仪所必需的一些物理概念后，重点介绍波谱仪本身的结构及其性能，帮助操作和维修人员对核磁共振波谱仪有一个较为全面的了解，更好地发挥它的作用。

原理：原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，中子不带电，因此原子核带正电荷，电荷数等于质子数。

　　大多数原子核都围着某个自身轴作旋转运动，因此，其本身所带正电荷就会形成环形电流，从而产生一种核磁矩。当以电磁波照射置于磁场中的这种原子核，则会发生某种频率能量的吸收。吸收后原子核能量发生变化，并发出核磁共振信号，这就是核磁共振现象。 

　　核电荷绕磁场自旋进动产生轴方向磁偶极子，这种角动量是用自旋量子数I表示，当I为奇数时，自旋存在；当原子核里面中子数量为偶数，质子数为奇数时，自旋也存在；原子核里面质子与中子的数量同为偶数时不存在核自旋。
　　因此，在构成有机物的三种重要元素¹H、¹²C和¹⁶O中，只有¹H才有可能发生核磁共振现象，研究中主要对¹H核进行研究。其它种类的核磁共振谱还有¹³C、¹⁵N、¹⁹F、³¹P、¹¹⁹Sn等核磁共振谱图。
　　在含有H元素的不同物质中，由于物质的结构不同，所以H原子核所处的化学环境不同，而化学环境的不同就会导致核磁共振频率发生变化。核磁共振就是通过测量这些变化来确定物质的结构的。