核磁共振分析仪也是属于波谱分析，不同于紫外-可见波谱仪（波长范围在200～780 nm）和红外波谱仪（波长范围在780 nm～1000 μm）的波谱范围，核磁共振的波谱一般在1～100 m的无线电波区域。由于此段波谱的电子能量低，所以在检测时只能引起自旋原子核发生能量跃迁，而不能使电子发生跃迁。

核磁共振的基本原理是利用特定原子（如1H和13C）的原子核自旋磁矩在外磁场的作用下吸收一定频率的电磁波照射，当照射的电磁波能量正好等于原子核自旋磁矩不同取向的能量差时，发生低能态的自旋原子吸收能量跃迁到高能量的状态，也就是发生了共振现象。要想使照射电磁波能量等于原子核自旋能量差，在实际操作中一般采用固定辐射波的辐射频率，改变磁场强度，从较低场强到高场连续扫描的方法来使其匹配。1H的核磁共振称为质磁共振，是目前研究最多的核磁共振。在外磁场的作用下1H原子倾向于顺向外磁场的排列，产生数目微多于逆向外场排布的低能态核数。核磁共振的信号就是利用将这些微多的低能态的原子核转变成高能态核而产生的。当高能态原子核与低能态原子核的数目相等时，核磁信号将会消失，体系达到饱和。另外，1H原子核还可以通过非辐射的弛豫的方式转变为低能态，如处于高能态的核通过交替磁场将能量传递给周围的分子，自身则回到低能态的自旋晶格弛豫。这种转变一般不会出现饱和现象。

1.发生核磁共振的条件

在静磁场B0中放入待测样品，在此磁场中施加频率是ν的电磁辐射B1，当辐射能量hν刚好等于待测样品中需要分析的指定核素的相邻磁能级的能量间隔ΔE，此时核体系就会吸收电磁辐射，产生能级跃迁，这就是核磁共振现象。只有在相邻的能级间的跃迁才是可以发生的，也就是核的自旋磁量子数必须满足ΔMI=±1，所以每一种核素的共振数值是唯一的，其共振必须满足的条件是：

也就是　

式中，v是共振频率（MHz）；ω是圆频率（rad·s-1）；ΔE是能级差（J）；ΔMI是核的自旋磁量子数之差；B0是静磁感应强度（T）；γ是核的磁旋比（rad·T-1·s-1）；h是普朗克常数（J·s）。(www.daowen.com)

从公式中可以发现，核磁共振频率与外加静磁感应强度B0成正比，在外加磁场不变的条件下，核素的共振频率随γ的变化而变化。

2.核磁共振仪

核磁共振谱与红外光谱、紫外光谱以及质谱一起被称为“四大名谱”，对于有机分子结构测定来说，核磁共振谱扮演了非常重要的角色。在氢的核磁共振谱中一般提供三种重要的信息：耦合常数、积分曲线、化学位移，这些信息可以用来推测待测样品质子在碳链上的位置。

常见的连续波核磁共振仪主要由磁铁、射频发生器、检测放大器、数据记录仪等部件组成，如图1-31所示。磁铁上一般会安装扫描线圈，使得磁铁产生的磁场均匀而且可以在小范围内连续精确地变化。射频发生器的作用是用来产生具有固定频率的电磁辐射波。而检测放大器则是用来检测和放大共振信号以便于检测。数据记录仪是将得到的数据信号绘制成图谱以便分析。

仪器中的磁场是由磁铁产生，根据磁铁磁性和频率核磁共振仪分为三类：第一种，磁场频率为60 MHz的由磁场强度是14000 G的永久磁铁产生的；第二种，磁场频率为100 MHz的由磁场强度是23500 G的电磁铁产生的；第三种，磁场频率为200 MHz甚至500～600 MHz的由超导磁铁产生的。核磁共振仪的磁场频率越大对样品的分辨能力越好，灵敏度高且图谱简单易于分析。

图1-31　核磁共振波谱仪结构图