質譜儀-Mass 核磁共振儀NMR原理與應用

NMR是Nuclear Magnetic Resonance的縮寫，核磁共振設備通過將原子核置於磁場中，觀察核自旋的共振現象，在原子水平上分析物質的分子結構。
核磁共振裝置（圖一）可檢測藥物、農藥等化學物質、生藥等天然產物、乙烯基、聚乙烯等高分子材料、核酸等生物材料中的碳、氧、氫和蛋白質。、氮和磷對有機化合物的分析最有效。特別是，它在分析這些有機化合物中起著核心作用，因為它可以知道分子的平面化學結構和三維結構，也就是原子的連接。

▲圖一核磁共振儀

物質是分子的集合，分子是由原子鏈組成的（圖二），每個原子又由原子核和電子組成（圖三）。核磁共振設備利用這些原子核的特性，通過在強磁場中從外部施加無線電波（60 MHz 至 1 GHz）引起共振現象，分析各種有機化合物。


▲圖二物質、分子和原子	▲圖三原子結構

核磁共振設備

▲圖二 NMR裝置的組成

核磁共振（NMR）原理

一些原子，例如氫原子核，具有小磁鐵的特性。這樣的磁鐵像陀螺一樣旋轉。當置於磁場中時，它的行為就像一個旋轉的陀螺（圖四），這稱為核自旋。這種擺動運動（稱為進動）的旋轉週期是固定的，當從外部施加與該週期相同頻率的無線電波時，就會發生共振。由於共振而發生能量吸收，因此可以通過測量該吸收量來確定是否發生共振。在 11.74 T（特斯拉）的磁場強度下，氫原子核的頻率共振大約在500 MHz。共振頻率根據原子核的種類而不同，如表一所示以各種核種的頻率共振。


▲圖四核自旋	▲表一 11.74 T的共振頻率（特斯拉）

從核磁共振光譜可以看出什麼

如圖六所示，即使是同一個氫核，也會出現不同的NMR信號。圖六是乙醇訊號。這稱為核磁共振譜。無線電波雖然不是光，但仍然是電磁波，所以和光一樣被稱為光譜，從右邊開始分為 CH3（甲基）、CH2（亞甲基）和 OH（羥基）。
NMR 光譜被分成幾組官能團，稱為化學位移。這種化學位移與指紋相同，因為如果物質不同，信號會出現在不同的位置。