NMR 原理 · 看圖版
把原子核放進磁鐵，聽它唱歌
NMR 從頭到尾只做四件事。
1步驟 1 / 4
原子核是小磁針
有些原子核像小磁針。放進超強磁鐵後，朝上的稍微多一點，而且每根都在繞圈轉。全部加起來，就是一根大箭頭 M。
課本講法
- Zeeman 分裂
- 淨磁化量 M
- 進動（Larmor 頻率）
- ¹H、¹³C、²⁷Al、²⁹Si 都可以量
2步驟 2 / 4
用無線電敲一下
無線電的頻率要剛好等於它轉圈的速度，才推得動。推倒 90°，大箭頭就躺平了。
課本講法
- 射頻脈衝（MHz）
- 共振
- 90° 脈衝
- ν₀ = γB₀ / 2π
- 400 MHz 儀器 ＝ ¹H 在 9.4 T
3步驟 3 / 4
聽它「唱」回來
躺平的箭頭在線圈旁邊轉，像腳踏車的發電機，線圈裡就有電流。就像敲完的鐘，聲音會慢慢變小，原因有兩個：
T₁箭頭慢慢站回去，把能量還給周圍。
T₂大家轉的步伐亂掉，散開後互相抵消。
課本講法
- 自由感應衰減 FID
- T₁ 縱向鬆弛
- T₂ 橫向鬆弛
4步驟 4 / 4
把聲音拆成峰
錄到的是好幾個音疊在一起。傅立葉轉換把它們拆開，每個音變成一根峰。
課本講法
- 傅立葉轉換（FT）
- 時間域 → 頻率域
看懂光譜
一根峰說三件事
例子：乙醇 CH₃–CH₂–OH 的 ¹H 光譜
位置：旁邊是誰
電子外套越薄，峰越往左。CH₂ 旁邊的氧拉走電子，所以跑到 3.7。化學位移 δ（ppm）
分裂：隔壁有幾個
隔壁有 n 個 H，就分成 n＋1 根。CH₃ 隔壁是 2 個 H，所以 3 根。J 耦合（Hz）
面積：有幾個
面積比 ＝ 個數比。CH₂ : CH₃ ＝ 2 : 3。積分。要定量得等核完全鬆弛；一般的 ¹³C 光譜不定量。
單位
為什麼用 ppm？
磁鐵越強，整把尺就被拉長：Hz 的數字變了，峰在尺上的刻度沒變。所以換一台儀器，ppm 還是能直接比。
課本講法
- δ = (ν − ν_ref) / ν₀ × 10⁶
- ×10⁶ 只為了好讀：¹H 0–12、¹³C 0–220
- 跟濃度的 ppm 無關
- J 耦合用 Hz，換儀器不變
固體
固體要斜著轉
固體裡的原子動不了，每個方向聽起來都不一樣，峰就糊成一團。把樣品斜 54.7° 高速轉，方向的差別被平均掉，峰就變尖。
課本講法
- 魔角旋轉 MAS
- 3cos²θ − 1 = 0 → θ = 54.7°
- 寬化來源：化學位移異向性、偶極、四極作用
用在沸石
鋁有幾隻手？
²⁷Al MAS NMR：看沸石脫鋁
鋁接幾個氧，峰就落在不同位置。4 隻手的待在骨架裡，6 隻手的掉出骨架。比兩邊的面積，就知道脫鋁多少。
課本講法
- 四配位骨架 Al ≈ 55–60 ppm
- 五配位 ≈ 30 ppm
- 六配位骨架外 Al ≈ 0 ppm
- ²⁷Al 是四極核（I = 5/2），峰常拖尾
- ²⁹Si MAS：看 Si(nAl)，估骨架 Si/Al