核磁共振光譜法

如果說質譜稱出分子的重量、紅外說出它的基團，那麼核磁共振則是從內部為分子繪圖——它是弄清原子究竟如何相連的最強大工具。核磁共振也是醫院裡 MRI 掃描儀背後的科學；為你的膝蓋成像的那套物理，在實驗台上能揭示一個分子的構架。它是結構解析的核心。

其物理基礎微妙，但值得想像。某些原子核，包括普通的氫核（一個質子）和碳-13，行為就像微小的旋轉磁體。把樣品放進強磁場，這些核磁體便順著磁場排列，像指南針。用一束射頻脈衝打它們，會把其中一些翻轉到與磁場相反；當它們弛豫回去時，發出一個微弱的射頻信號，其精確頻率取決於每個核所感受到的確切磁環境。處於不同環境的核以略微不同的頻率共振，儀器把每一個都記錄為一個獨立信號。

氫譜（1H）是主力，它一次攜帶四種信息：化學位移告訴你每組氫的電子環境（信號落在圖上的何處）；積分告訴你那個信號由多少個氫給出（它下面的面積）；自旋-自旋裂分告訴你相鄰碳上坐著多少個氫（信號被分成多少個子峰）；等價性告訴你哪些氫因對稱而完全相同。把這四條線索合起來讀，化學家就能一塊一塊地重建碳氫骨架，這正是為什麼 NMR 是最常「結案」的那件工具。