核磁共振 (NMR) 光谱是一种强大的分析技术，利用某些原子核的磁性来确定分子的结构、动力学和化学环境。它是有机化学和生物化学中结构阐明的最重要工具之一。

基本原则

具有奇数个质子或中子（例如 1H、13C、15N、31P）的原子核拥有自旋量子数并产生磁矩。当置于强外部磁场中时，这些原子核与磁场平行（低能量）或反平行（高能量）排列。拉莫尔频率的射频 (RF) 脉冲将自旋翻转到更高的能量状态，当它们放松回来时，它们会发出射频信号，这些信号被检测到并傅里叶变换为频谱。

关键参数

从 NMR 谱中提取了三个关键参数。化学位移 (δ) 以相对于参考标准 (TMS) 的百万分之一 (ppm) 为单位进行测量，反映了原子核周围的电子环境，其中去屏蔽的质子出现在低场（较高 ppm）。当相邻磁核将彼此的信号分裂成多重态模式（二重态、三重态、四重态）时，就会发生自旋-自旋耦合（J 耦合），从而揭示相邻质子的数量。积分测量每个峰下的面积，该面积与产生该信号的质子数量成正比。

仪器仪表

核磁共振波谱仪由产生稳定、均匀磁场的超导磁体（通常为 300-800 MHz，1H）、发送脉冲并检测产生的自由感应衰减 (FID) 的射频发射器和接收器线圈、用于校正场不均匀性的匀场线圈以及用于数据采集和处理的计算机系统组成。

常见实验

通常会进行一些核磁共振实验。 1H NMR 提供有关质子环境、质子数量和邻近基团的信息。 13C NMR 显示碳环境，通常经过质子解耦，为每种独特的碳提供单峰。 COSY、HSQC 和 HMBC 等二维技术可关联耦合原子核以解析复杂结构。

应用程序

NMR 波谱用于有机化合物、天然产物和合成中间体的结构测定，通过多维 NMR 阐明蛋白质结构，疾病生物标志物的代谢组学和体液分析，以及药品制造中的质量控制和杂质分析。