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Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy ( NMR ) 核磁共振光譜儀之源起 核磁共振（nuclear magnetic resonance），核是指原子核，磁是指磁場，主要是指有磁矩的原子核在靜磁場中，受電磁波的影響而產生的共振躍遷現象。 1945 年 12 月，美國哈佛大學 E.M. Purcell 等人，首先觀察到石蠟樣品中質子（即氫原子核）的核磁共振吸收信號；1946 年 1 月，美國史丹福大學 F. Bloch 研究小組在水樣品中也觀察到質子的核磁共振信號。Bloch 和 Purcell 兩人由於這項成就，獲得了 1952 年諾貝爾物理獎。（12） 核磁共振被證實之後，無數科學家加入研究的行列，使得此項技術迅速成為在物理、化學、生物、地質、醫學等領域研究之利器，尤其是應用在醫學診斷上的 核磁共振顯像（magnetic resonance imaging，MRI），也就是俗稱的核磁共振斷層掃描，更是自X光發現以來，醫學診斷技術的重大進展。（1） 基本原理 1924年物理學家鮑利（）：，，，Fig.1所示，即從低能階自旋翻轉（spin-flips）至較高能態，， Fig.1 能量的吸收－當加入適當頻率的電磁波時（）E1）的原 子或分子時，原子或分子會吸收能量而躍升至高能階（E2）（摘自William H. Brown，Introduction to Organic Chemistry） 首先，簡述一下電磁輻射＊a之原理。電磁輻射原理中最重要的兩個因素為wavelength＊b（波長）和frequency＊c（頻率），通常分別用λ和υ，其單位為meter（公尺）和hertz（Hz，赫茲）＊d，下列有一公式說明它們之間的關係： λυ＝ C C：光速，3.00×108 m/s 此外探討一莫耳光子（photon）的能量時也和波長及頻率有關，公式如下： E＝hυ＝ h?C / λ 其中E為能量，單位是kcal / mol；h為Planck’s 常數，為9.54 ×10-14 kcal?s?mol-1，根據上列公式而求出連續光譜之頻率、波長及能量，如Fig.2。（5） Fig.2 連續光譜之頻率、波長及能量（摘自William H. Brown，Introduction to Organic Chemistry） Fig.3 波長之共同單位（摘自William H. Brown，Introduction to Organic Chemistry） 再者，說明核在磁場的旋轉方向及其能量之關係：核的自旋位向在外磁場的影響下可使自己的小磁場和外磁場同向（平行）或反向（反平行）排列。這兩種位向具有不同之能量：平行的位向較低，如Fig.4所示。（5） Fig.4 核在磁場的旋轉方向及其能量之關係－平行於磁場之位向，其能階較低 （摘自William H. Brown，Introduction to Organic Chemistry） 磁共振原理其經典描述是﹕原子﹑電子及核都具有角動量﹐其磁矩與相應的角動量之比稱為磁旋比γ。磁矩M 在磁場B中受到轉矩msin(為M與B間夾角)的作用。此轉矩使磁矩繞磁場作運動﹐的角頻率=γ﹐稱為拉莫爾頻率。由於阻尼作用﹐這一運動會很快衰減掉﹐即m達到與平行﹐就停止。但是﹐若在磁場的垂直方向再加一高頻磁場()(角頻率為)﹐則()作用產生的轉矩使m離開﹐與阻尼的作用相反。如果高頻磁場的角頻率與磁矩的拉莫爾(角)頻率相等 =﹐則()的作用最強﹐磁矩m的角(m與角的夾角)也最大。這一現象即為磁共振。 儀器基本架構 （本圖摘自William H. Brown，Introduction to Organic Chemistry） NMR spectrometer基本組成架構有： 1.a powerful magnet：即外加之強力靜磁場 2.a radio frequency generator：產生電磁波 3.a radio－frequency detector：偵測信號頻率 4.a sample tube：呈裝樣品溶液（5） 研究流程 樣品之備製 將樣品溶解於溶劑中，這些溶劑不含氫，因為會干擾分析，通常使用的溶劑有：tetrachloride（CCl4）、deuterochloroform（CDCl3）、deuterium oxide（D2O）。（5） 進行NMR分析收集數據 根據數據考量各種參數加以分析 利用NOE ( N