磁共振波譜技術的發展

磁共振波譜（NMR），一種用來研究物質的分子結構及物理特性的光譜學方法，與紫外吸收光譜、紅外光譜和質譜并稱有機波譜的四大譜。

核磁共振波譜與紫外、紅外吸收光譜一樣都是微觀粒子吸收電磁波后在不同能級上的躍遷。紫外和紅外吸收光譜是分子分別吸收波長為200~400nm和2.5~25μm的輻射后，分別引起分子中電子的躍遷和原子振動能級的躍遷。而核磁共振波譜中是用波長很長（約106~109 μm，在射頻區）、頻率為兆赫數量級、能量很低的電磁波照射分子，這時不會引起分子的振動或轉動能級的躍遷，更不會引起電子能級的躍遷。但核磁共振波譜這種電磁波能與處在強磁場中的磁性原子核相互作用，引起磁性的原子核在外磁場中發生磁能級的共振躍遷，從而產生吸收信號。這種原子核對射頻電磁波輻射的吸收就稱為核磁共振波譜。

1946年，哈佛大學珀賽爾（e.M.Purcell）用吸收發首次觀測到石蠟中質子的核磁共振現象，幾乎同時美國斯坦福大學布洛赫（F.Block）用感應法發現液態水的核磁共振現象。為此，他們分享了1952年的諾貝爾物理學獎金。核磁共振波譜的方法與技術作為分析物質的手段，由于其可深入物質內部而不破壞樣品，并具有迅速、準確、分辨率高等優點而得以迅速發展和廣泛應用，核磁共振波譜已經從物理學滲透到化學、生物、地質、醫療以及材料等學科，在科研和生產中發揮了巨大作用。早期的核磁共振波譜主要采取連續波技術，靈敏度較低，研究的對象是自然豐度高、旋磁比較大的原子核，這就限制了核磁共振波譜的應用范圍。1966年發展起來的脈沖傅立葉變換核磁共振技術，使信號采集由頻域變為時域，大大提高檢測靈敏度，使研究低自然豐度的核成為現實。同時核磁共振波譜方法可以利用不同的脈沖組合來得到所需要的分子信息。1971年，琴納（E.JEENER）提出具有兩個獨立時間變量的二維核磁共振概念。隨后，1971年，恩斯特（R.ERNST）等首次成功實現二維核磁共振實驗，從此核磁共振波譜技術進入了一個新時代。

現在核磁共振波譜儀，已是人們探索物質微觀世界的奧密所必不可缺少的重要手段。因此核磁共振波譜儀發展是很迅速的，大致分為三個發展階段：第一階段，是從1952年至1968年連續波核磁共振波譜儀階段。這期間連續波譜儀取得很大發展；第二階段，從1967年至1975年。由于電子計算機應用于核磁共振波譜領域，促進了脈沖傅立葉變換波譜儀的誕生。第一臺這類儀器是布魯克公司生產的。這期間出現了連續波與脈沖傅立葉變換組合的脈沖傅氏變換波譜儀。在這個階段中，連續波譜儀方面也有新的進展，如應用電子計算機，功能多樣化等；第三階段，在1975年以后，出現了高水平的脈沖傅立葉核磁共振波譜儀，采用光筆控制系統、數字正交檢波等先進技術，儀器由計算機進行全自動控制，核磁共振波譜可以進行多種自動測量。在連續波譜儀方面，研制和生產了更高磁場的波譜儀，超導高分辨率核磁共振波譜儀已達到較高的水平。

由于核磁共振波譜技術具有深入物質內部，而不破壞樣品的特點，并隨著核磁共振波譜理論及波譜儀器的迅速發展，核磁共振波譜儀的應用領域正日趨增長。最初的波譜儀器，僅用于研究核物理，唯一的目的是測定全部可能有的原子核磁矩。而從八十年代開始，核磁共振波譜已被廣泛應用于有機化學、物理學、醫學、分子生物學、石油化工、食品、軍事等部門。從波譜中獲取的信息也擴展到Larmor 頻率、化學位移、J-偶合、偶極偶合、弛豫等等，從而可以實現子結構的測定、化學位移各向異性的研究、金屬離子同位素的應用、動力學核磁研究、元素的定量分析、有機化合物的結構解析、有機化合物中異構體的區分和確定、大分子化學結構的分析等多領域多學科的研究需求。