核磁矩

核磁矩是原子核的一種內稟性質，由核內核子的內稟自旋及核子的旋轉運動決定。表徵原子核角動量的是核自旋量子數I。核角動量在空間任一特定方向的投影的最大值為ћ_I，這裏ћ=h/2π，h是Planck常數、核磁矩μ_I=γ_nћI=g_nμ_nI，式中γ_n是核的旋磁比，g_n是核g因數，核磁子μ_n=eћ/2M_pc=5 .0504×10 J/T，M_p是質子的質量。對質子(氫核)I=1/2，μ_I=2 .79268μ_n。

質量數A為奇數的核的I為半整數；A為偶數，電荷數Z為奇數的核的I為非零整數； A與Z同為偶數的核的I=0，沒有磁矩。自然界共有約270種穩定的原子核，其中的105種有核磁矩。1924年Pauli為解釋原子光譜的超精細結構提出核有磁矩的假設。後來這一假設被大量的實驗證實。 ^[1] 

測量核磁矩的主要方法是原子束方法。核磁共振法獲得的結果精確度更高；但由於需要的樣品量大而使其應用範圍受到限制。此外還有分子束方法，可見光譜及紫外光譜學方法，電子順磁共振方法等。 ^[2] 

原子束和分子束是研究原子和分子的結構以及原子和分子同其他物質相互作用的重要手段。固體、液體和稠密氣體中原子或分子間距離較小，有着複雜的相互作用,很難研究其中孤立分子的性質,稀薄氣體中分子間距離較大，其相互作用隨壓強的減小變弱，但因分子的無規則運動，使得對分子本身的探測和研究較困難。在原子束或分子束中，原子或分子作準直得很好的定向運動，它們之間的相互作用可以忽略，因此可以認為束流是運動着的孤立原子或分子的集合，可用以研究分子、原子本身性質以及分子、原子與其他粒子的相互作用。這類研究對原子和分子物理、氣體激光動力學、等離子體物理、微觀化學反應動力學、空間物理、天體物理以及生物學的一些領域都非常重要。此外，還可用原子束、分子束來研究物體的表面和固體結構。

當分子具有磁或電偶極矩時，可以通過外加磁場和電場與偶極矩的相互作用來選擇偶極矩取向，使不同偶極矩的原子和分子在空間分離。採取這種措施，就可進行精密的原子、分子束波譜實驗，精確測量原子核的磁矩，發展原子和分子的頻率或時間的測量標準。

利用核磁共振現象分析化合物結構的方法，簡稱NMR。是1955年後迅速發展的一項技術。某些原子核由於自旋運動，會產生磁碭，猶如電流流過線圈產生磁場一樣。這些原子核的行為像小的磁棒，可以受外界強磁場的影響，在強磁場中其能量將分裂成兩個或兩個以上的量子化能級。當適當波長的電磁輻射(在射頻區)照射置於強磁場下的這類原子核時，輻射能量被吸收，引起能級躍遷。所吸收的輻射能量與核能級差相等，引起核磁共振現象。測量被吸收的電磁輻射的頻率和吸收的程度便是核磁共振法的分析基礎。在一個固定的外界磁場中，確切的射頻吸收頻率與原子核在分子中的位置有關。化合物中的質子(氫原子核)的吸收頻率並不是千篇一律的，而是隨質子周圍的環境不同而不同，這種差別稱為化學位移。產生化學位移的原因，是核外電子雲在外磁場的作用下產生感生磁場，使原子核實際受到外部磁場的作用有所降低，這種作用稱為屏蔽效應。又由於相鄰原子核之間的相互作用等因素，會使每一個化學位移峯出現精細結構。核磁共振法根據吸收峯的化學位移、精細結構及峯面積，可對待測樣品進行定性和定量分析，特別是用來分析化合物的結構。

核磁距的研究使人們得到了核磁共振這一技術。核磁共振是核因有磁矩而產生的一種重要的效應，在分析物質結構和研究核性質中有着重要的應用。所以説原子核磁矩的存在是發生核磁共振的前提。核磁共振是磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級發生塞曼分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射的物理過程。