屏蔽與去屏蔽

為什麼一個氫出現在核磁譜圖的某處，另一個氫卻在別處？答案是：每個核周圍的電子像一把小傘，部分地為它遮擋那塊大的外磁體。有些氫被遮擋得嚴實，有些則暴露在外。屏蔽與去屏蔽描述的就是這兩種情形，它們合起來正是產生化學位移的機理。

用平實的步驟說說其中的物理。把一個氫核放進譜儀的強場中，它周圍的電子開始環流；運動的電荷會產生自己的小磁場，而這個感生磁場在核所在處恰好指向與大場相反的方向。於是核實際感受到的場比磁體提供的略弱一些——電子屏蔽了它。被屏蔽的核需要較低的頻率才能共振，出現在高場（低 ppm）。現在在旁邊放一個吸電子基團，比如氧或鹵素：它把電子密度從氫身邊拉走，把傘撐薄，於是核感受到更多的外場——它被去屏蔽，移向低場（高 ppm）。

這就是為什麼化學位移是電子環境的讀數。普通碳鏈上的氫保住了它的電子雲，停留在約 1 ppm 的屏蔽處；挨著電負性強的氧的氫被去屏蔽，移向 3–4 ppm；芳環上的氫被環上環流的 pi 電子強烈去屏蔽，落在約 7–8 ppm。透過推斷哪些基團把電子拉走，化學家就能預測並解釋每個信號應當出現在何處，把位移值變成結構的結論。