什么是磁振动？
磁矩是由许多原子核的内部角动量或自旋引起的，研究磁矩的技术从1940开始发展。物理学家所从事的核理论基础研究为这项工作奠定了基础。1933年，G·O·斯特恩和I·埃斯特曼首次对核粒子的磁矩进行了粗略的测量。美国哥伦比亚的I I Rabi (Rabi出生于1898)实验室在这方面取得了进展。这些研究对核理论的发展起了很大的作用。
当被强磁场加速的原子束被施加一个已知频率的弱振荡磁场时，原子核会吸收一些频率的能量，同时跳入更高的磁子层。通过测量频率逐渐变化的磁场中原子束的强度，可以确定原子核的吸收频率。起初这项技术被应用于气态物质，后来通过斯坦福大学的F. Bloch(生于1905)和哈佛大学的E. M. Puccell(生于1912)的工作扩展到液体和固体。Bloch的团队首先测量了质子在水中的* *振动吸收，而purcell的团队首先测量了质子在固体烷烃中的* *振动吸收。自1946开展这些研究以来，该领域发展迅速。物理学家用这种技术来研究原子核的性质，化学家用它来识别和分析化学反应，以及研究复合物、受阻旋转和固体缺陷。1949年，W. D. Knight证实了原子核在外磁场中的* *振动频率有时是由原子的化学形态决定的。例如，我们可以看到乙醇中的质子显示出三个独立的峰，对应于CH3、CH2和OH键中的几个质子。这种所谓的化学位移与价电子对外磁场的屏蔽作用有关。
(1)自20世纪70年代以来，核磁共振在阐明有机化合物尤其是天然产物的结构方面发挥了极其重要的作用。目前，通过化学位移、裂解常数和H-H—‘HCosy谱获得有机化合物的结构信息已成为一种常规的测试方法。近20年来，核磁共振技术在谱仪性能和测量方法上取得了很大的进步。在谱仪硬件方面，由于超导技术的发展，磁体的磁场强度平均每五年增加1.5倍。到80年代末，600 MHz频谱仪已经投入实际使用。由于各种先进复杂的射频技术的发展，核磁共振振动的激发和检测技术有了很大的提高。此外，随着计算机技术的发展，不仅可以对激发核振动的脉冲序列和数据采集进行严格精细的控制，还可以对大量数据进行各种复杂的转换和处理。分光计软件最突出的技术进步是二维核磁共振(2D-NMR)的发展。它从根本上改变了核磁共振技术解决复杂结构问题的方式，大大提高了核磁共振技术提供的分子结构信息的质量和数量，使核磁共振技术成为解决复杂结构问题的最重要的物理方法。
① 2D核磁共振技术可以提供分子中各种原子核之间的各种相关信息，如原子核之间通过化学键的自旋耦合关联、通过空间的偶极耦合关联、同质核之间的耦合关联、异质核之间的耦合关联、原子核之间的直接关联和远程关联等。根据这些相关信息，分子中的原子可以通过化学键或空间关系相互连接，这不仅大大简化了分子结构的分析过程，而且使其成为一种直接可靠的逻辑推理方法。
②2D-核磁共振的发展，不仅大大提高了大量* * *振动信号的分离能力，减少了* * *振动信号之间的重叠，而且提供了很多1d-核磁共振谱无法提供的结构信息，如重叠* * *振动信号中各组信号的精细分裂形态、准确的偶合常数、确定偶合常数的符号、区分直接和远程偶合等。
③2D-核磁共振技术分析分子结构的过程是核磁共振信号的归属，分析过程的完成也完成了核磁共振信号的归属。完整准确的数据归属不仅为分子结构测定的可靠性提供了基础，也为复杂生物大分子的高级结构测定奠定了基础。
④2D核磁共振的发展导致了异核核磁共振，尤其是13C核磁共振谱的广泛研究和利用。异核多为低丰度、低灵敏度的核种，由于灵敏度低、信号归属困难，过去使用不多。然而，X-NMR谱包含了许多有用的结构信息。新型异核相关谱(HET—Cosy)提供的异核(如H-C，C-C，H-P，H-N)之间的相关信息，不仅为这些异核的信号归属提供了依据，而且提供了H-NMR无法提供的重要结构信息。
⑤2D核磁共振技术的发展也促进了NOE研究和应用的发展。NOE反映了空间中原子核之间的密切关系，因此它不仅可以提供原子核(或质子自旋耦合链)之间的空间联系，还可以用来研究原子核在空间中的相互排列，即分子的构型和构象。
2D核磁共振技术由于其突出的优势和巨大的潜力，在谱仪硬件能够满足2D核磁共振实验后的短短几年内(即上世纪80年代)，已经产生了1000多篇论文和数十篇综述及专著。
(2)核磁共振中新的实验和应用几乎每天都在出现，核磁共振技术本身在如何获得更多的相关信息、简化谱图、改善和提高检测灵敏度等方面也将在未来继续发展，其中最有前景的新技术有:
(1)选择和多选择激发技术，进一步发展多量子技术，利用先进的射频技术，激发那些在正常情况下被禁止的极弱的多量子跃迁。选择性检测分子核与核之间的特定关联。或者用成形脉冲和软脉冲有选择地激发一些特定的原子核，聚焦一些有趣的结构问题。
②“逆向”和“接力”检测技术。在异核相关谱中，利用反向探测(称为inverseNMR，即以H探测代替以前异核探测的测试方法)可以大大提高异核相关谱的探测灵敏度(约1个数量级)。在同核相关谱方面，中继相干转移(RCT-1)、多重中继相干转移(RCT-2)、各向同性混合相干转移技术(如HOHAHA)可用于解决复杂分子(包括生物大分子)的自旋耦合分析和信号归属。
(3)发展和应用频谱编辑技术，在激发和接收中利用核磁共振本身的各种选择和抑制技术，对非常复杂的核磁共振信号进行分类和编辑。
④发展三维核磁共振技术。随着核磁共振的研究对象转向生物大分子，核磁共振技术提供的结构信息的数量和复杂程度呈几何级数增长。最近，3D-NMR技术似乎取代了2D-NMR方法用于生物大分子的结构测定。初步探索的结果表明，3D-NMR方法不仅进一步提高了信号分离能力，而且提供了许多2D-NMR方法无法提供的结构信息，大大简化了结构分析过程。3D-NMR测量方法的广泛应用需要测量方法的进一步改进和计算机技术的进步。
⑤结合分子力学计算，发展分子模型技术。基于NNR信号的完全归属，NOE提供的利用分子内质子间距离信息计算分子三维结构的技术，近年来在多肽和蛋白质小分子的研究中取得了巨大成功。基于距离几何算法和分子动力学的分子建模技术逐渐应用于其他生物分子的溶液构象问题。然而，在大分子与小分子或小分子与小分子的相互作用体系中，仍有许多问题需要解决，如如何获得距离信息，以及在运动条件不利的体系中距离信息的准确性等。
(3)3)核磁共振波谱在未来最有前途的应用领域如下:
①继续帮助有机化学家从自然界中寻找具有生物活性的新型有机化合物，未来该领域的研究重点将是结构与活性的关系。即研究这些物质参与生命过程时与生物大分子(如受体)或其他小分子相互作用的结构和动力学特征。
②更多用于分析溶液中多肽和蛋白质的高级结构，成为蛋白质工程和分子生物学中研究蛋白质结构与功能关系的重要工具。它正朝着稳定同位素标记光学CIDNP方法与2D核磁共振和三维核磁共振技术相结合的方向发展。
③核磁共振技术将广泛应用于核酸化学中，以确定DNA的螺旋结构类型及其序列特异性。研究课题将围绕核酸与配体的相互作用展开，其中核酸与蛋白质分子、核酸与小分子药物的相互作用是最重要的方面。
④核磁共振技术在糖化学中的应用将显示出越来越大的潜力。利用核磁共振技术确定寡糖的序列、连接方式和连接位置，确定糖的构型和溶液中寡糖的立体化学，以及与蛋白质相互作用的结构和动力学特征，将是一个重要的研究领域。
⑤核磁共振技术将更多地用于研究动态分子结构和快速平衡中的变化。为了深入了解分子结构，描述结构的动力学特征，了解化学反应的中间状态和它们相互匹配时能量的变化。
⑥核磁共振技术将进一步深化生命科学和生物医学的研究领域，研究生物细胞和活组织的各种生理过程的生化变化。
上述所有领域都与溶液核磁共振的研究有关。近年来，固体核磁共振成像技术的研究也取得了很大进展，并继续在材料科学和生物医学研究中发挥重要作用。