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NMR波譜儀(NMR)是一種基于原子核磁性的分析技術，通過探測原子核在強磁場中對射頻輻射的吸收與發(fā)射，獲取分子結構、動力學及相互作用等信息。其核心原理是核磁共振現象，即原子核在磁場中產生能級分裂，當受到特定頻率的射頻脈沖激發(fā)時，核自旋發(fā)生能級躍遷，并在弛豫過程中產生可檢測的信號。
原子核如氫核(1H)或碳核(13C)等具有自旋特性，在無外磁場時，其自旋方向隨機，磁矩矢量和為零。當置于強磁場中，核自旋會沿磁場方向取向，形成能級分裂：自旋量子數為I的核分裂為2I+1個能級。例如，氫核(I=1/2)分裂為兩個能級，能量差與磁場強度成正比。此時施加與能級差匹配的射頻脈沖，核會吸收能量并發(fā)生能級躍遷，從低能態(tài)躍遷至高能態(tài)。脈沖結束后，核通過馳豫過程回到初始狀態(tài)，釋放出射頻信號，這一信號被接收器捕獲并轉化為頻域譜圖。
NMR波譜儀主要由四大部分組成：磁鐵系統、射頻系統、信號接收與處理系統以及樣品裝置。磁鐵系統提供強磁場(超導或永磁)，是實現核能級分裂的關鍵；射頻系統負責產生激發(fā)核自旋的脈沖，并通過頻率掃描覆蓋不同化學環(huán)境的核；信號接收器采集弛豫過程中產生的感應電流，經放大和傅里葉變換后得到頻譜；樣品裝置通常為旋轉探頭，確保樣品在強磁場中均勻受激，減少因分子取向導致的信號偏差。
核磁共振波譜的核心信息來源于化學位移，即不同化學環(huán)境中原子核的共振頻率差異。例如，氫譜中甲基、亞甲基等基團的質子因電子云密度不同，共振頻率各異，形成特征峰。通過測量峰的位置(化學位移)、面積(質子數量)及裂分模式(耦合常數)，可推斷分子骨架、取代基位置及構型。此外，二維核磁共振技術(如COSY、HSQC)通過多維頻譜揭示原子間的空間關聯，解決復雜分子(如蛋白質、多糖)的結構解析難題。
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