核磁共振波譜法（英語：Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy，簡稱 NMR spectroscopy 或 NMRS ），又稱核磁共振波譜，是將核磁共振現象套用於測定分子結構的一種譜學技術。目前，核磁共振波譜的研究主要集中在氫譜和碳譜兩類原子核的波譜。
人們可以從核磁共振波譜上獲取很多信息，正如同紅外光譜一樣，核磁共振波譜也可以提供分子中化學官能團的數目和種類，但除此之外，它還可以提供許多紅外光譜無法提供的信息。核磁共振波譜對自然科學研究有著深遠的影響，人們不僅可以藉助它來研究反應機理，還可以用來研究蛋白質和核酸的結構與功能。供研究的核磁樣品可為液體或固體。
波譜這一譯名是科學家丁渝提出的。
基本介紹
簡介,歷史,基本的NMR技術,共振頻率,樣品處理,氘代NMR溶劑,相關譜,固態核磁共振光譜,生物分子核磁共振光譜,蛋白質,核酸,糖類,另見,
簡介
核磁共振波譜法（英語：Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy，簡稱 NMR spectroscopy 或NMRS），又稱核磁共振波譜，是將核磁共振現象套用於測定分子結構的一種譜學技術。目前，核磁共振波譜的研究主要集中在氫譜和碳譜兩類原子核的波譜。
人們可以從核磁共振波譜上獲取很多信息，正如同紅外光譜一樣，核磁共振波譜也可以提供分子中化學官能團的數目和種類，但除此之外，它還可以提供許多紅外光譜無法提供的信息。核磁共振波譜對自然科學研究有著深遠的影響，人們不僅可以藉助它來研究反應機理，還可以用來研究蛋白質和核酸的結構與功能。供研究的核磁樣品可為液體或固體。
波譜這一譯名是科學家丁渝提出的。
歷史
哈佛大學的珀塞爾小組和史丹福大學的布洛赫小組在1940年代末和50年代初獨立開發了核磁共振波譜法。因為他們的發現，愛德華·珀塞爾（Edward Mills Purcell）和費利克斯·布洛赫（Felix Bloch）分享了1952年度的諾貝爾物理學獎。
基本的NMR技術
共振頻率
當放置在磁場中時，核磁共振活性的原子核（比如1H和13C），以同位素的頻率特性吸收電磁輻射。共振頻率，原子核吸收的能量以及信號強度與磁場強度成正比。比方說，在場強為21特斯拉的磁場中，質子的共振頻率為900MHz。儘管其他磁性核在此場強下擁有不同的共振頻率，但人們通常把21特斯拉和900MHz頻率進行直接對應。
樣品處理
核磁共振波譜儀通常由一個旋轉的樣品架，一個非常強的磁鐵，一個射頻發射器和一個接收器組成，探頭（天線組件）在磁鐵內部環繞樣品，可選擇用於擴散測量的梯度線圈和電子設備來控制系統。旋轉樣品是平均擴散運動所必需的。而擴散常數（擴散有序光譜法或DOSY）的測量是在樣品靜止和離心的情況下進行的，流動池可用於線上分析工藝流程。
氘代NMR溶劑
相關譜
主條目：關聯性磁振頻譜
相關譜（Correlation Spectroscopy）是二維核磁波譜的一種，常常簡寫為COSY。其它二維譜還包括J頻譜（J-spectroscopy），交換頻譜（EXSY，Exchange spectroscopy），核歐佛豪瑟效應頻譜（NOESY，Nuclear Overhauser effect spectroscopy），全相關譜（TOCSY，total correlation spectroscopy），近程碳氫相關（HSQC，Heteronuclear single quantum coherence），遠程碳氫相關（HMBC，Heteronuclear multiple bond coherence）等。二維譜在解析分子結構方面可比一維譜提供更多的信息，特別是用一維譜解析複雜分子結構遇到困難的時候，二維譜可以提供幫助。歷史上首次二維譜實驗方法由比利時布魯塞爾自由大學（Université Libre de Bruxelles）教授讓·吉納（Jean Jeener）於1971年提出，之後其實驗操作由沃爾特·歐（Walter P. Aue），恩里克·巴爾托爾蒂（Enrico Bartholdi）和理察·恩斯特（Richard R. Ernst）完成，並於1976年發表。
固態核磁共振光譜
液體核磁樣品如果放在某些特定的物理環境下，是無法進行研究的，而其它原子級別的光譜技術對此也無能為力。但在固體中，像晶體，微晶粉末，膠質這樣的，偶極耦合和化學位移的磁各向異性將在核自旋系統占據主導，在這種情況下如果使用傳統的液態核磁技術，譜圖上的峰將大大增寬，不利於研究。
目前已經有一系列的高解析度固體核磁技術被研發出來。高解析固體核磁技術包含兩個重要概念，即通過高速旋轉來限制分子自取向和消除磁各向異性，對於後者，最常用的旋轉方式是魔角旋轉（Magic angle spinning），即旋轉軸和主磁場的夾角為54.7°。
生物分子核磁共振光譜
蛋白質
利用核磁譜研究蛋白質，已經成為結構生物學領域的一項重要技術手段。X射線單晶衍射和核磁都可獲得高解析度的蛋白質三維結構，不過核磁常局限於35kDa以下的小分子蛋白，儘管隨著技術的進步，稍大的蛋白質結構也可以被核磁解析出來。另外，獲得本質上非結構化（Intrinsically Unstructured）的蛋白質的高解析度信息，通常只有核磁能夠做到。
蛋白質分子量大，結構複雜，一維核磁譜常顯得重疊擁擠而無法進行解析，使用二維，三維甚至四維核磁譜，並採用C和N標記可以簡化解析過程。另外，NOESY是最重要的蛋白質結構解析方法之一，人們通過NOESY獲得蛋白質分子內官能團間距，之後通過電腦模擬得到分子的三維結構。
核酸
核酸和蛋白質核磁共振波譜相似但存在差異。核酸具有較小的氫原子百分比，這是在NMR光譜學中通常觀察到的原子，並且因為核酸雙股螺旋是剛性的且大致線性的，所以它們不會自行摺疊以產生“長程”相關性。通常用核酸完成的NMR的類型是H或質子NMR，13C NMR，15N NMR和31P NMR。 幾乎總是使用二維核磁共振波譜方法，例如相關光譜學（COSY）和總相干轉移光譜學（TOCSY）來檢測穿透式核耦合，核歐佛豪瑟效應(Nuclear Overhauser effect)光譜法（NOESY）來檢測彼此在空間上靠近的核之間的耦合。
