有機化學的基礎91 遮蔽Shielding

1.       原子核感受到的「有效磁場effective field(Heff)」，跟「外加磁場applied field(H0)」不同，因為原子核的周遭圍繞著電子雲，這使得原子核本身就是一個微小的「定域磁場local magnetic field(Hloc)」

2.       「外加磁場」不會完全等於原子核的「有效磁場」，因為原子自己有電子雲，原子自己的磁力「定域磁場」，會遮蔽掉一些外加磁場的力量：

Heff  = H0 – Hloc  「有效磁場」等於 「外加磁場」減掉 「定域磁場」

3.       在一個分子裡，每個原子的「電子密度」分布，會因為相鄰原子的特性而各自不同；縱使是同一種原子，相鄰鍵結的原子一樣，也會因為在分子結構的位置不同，而不完全相等，因此會有少許電子密度的差異。

4.       基本上，一個原子的原子核，本身都有某種程度的遮蔽性質shielding隔絕外在磁場；

5.       這使得每一個獨特的原子核，都有自己特殊的有效磁場，所以釋放的能量也是頻率各自不同；結果造成一個由不同頻率構成的光譜，在這個光譜裡，特定的一組原子核，產生特定的「核磁共振訊號NMR signal」。

6.       核磁共振光譜NMR spectrum，是一張紀錄訊號強度與電磁輻射頻率所構成的平面圖，電磁輻射頻率是樣本中各式各樣的原子核釋放出來的。

7.       怎麼確認樣品(不知名的混合物)的成分？從樣品測出的訊號，必須再與樣品的組成成分比對，也就是用教科書上那些標準化合物來參考比對訊號。大部分的光譜測量會用上小量的「四甲基矽甲烷tetramethylsilane(CH3)4Si」(簡稱TMS)。

8.       訊號的頻率，可說明「標準化合物」與「樣品」的差異；訊號的頻率大小，直接受到外加磁場的強度大小的影響；因此，每種光譜儀測出來的頻率都不一樣。這也使得所有測出來的頻率數值，都因為外在磁場干擾因素而沒有一致的標準，怎麼辦？必須排除外在磁場因素。(翻譯改寫自Mary Anne Fox, James K. Whitesell的《Organic Chemistry》)

徐弘毅2009.7.30：

1.       核磁共振基本原理：對不知名的化合物，注入磁的能量，讓不知名化合物中，某些原子核帶有磁性的原子，因為吸收太多能量而太活潑，而讓電子暫時跑出原本的軌道(遠離原子核)，這叫激態；

2.       接著，原子核維持慣性力量會再度把電子拉回去，並且原子會以波的形式，釋放能量；核磁共振儀器就是在測量釋放的頻率是多少；電子恢復原本圍繞原子核的軌道，稱為基態。

3.       核磁共振儀，測量的對象是分子，分子釋放的頻率，來自於組成分子的原子，那些原子釋放的頻率能說明什麼呢？

4.       第一、性質一樣、處境一樣的原子，如果都發出一樣的頻率，頻率的強度就會變強，所以可判斷原子的數量。

5.       第二、分子由一組組原子組成，一組原子裡面的每個原子彼此交互作用，發出的混合頻率，可說明它們是什麼樣的組合，可以用來判斷官能基。

6.       第三、分子由一組組原子組成，不同原子組合之間彼此交互作用，也會影響發出的頻率，透過這個頻率可以推斷是哪幾種原子組合相連在一起，也就是判斷出分子結構。

7.       理論上，只要分子含有核磁性的原子，就可以利用核磁共振的方法，收集到原子核發出的訊號，但是，實際上，還要講究一些技術。如果外加的磁力太弱，混合物就不會起反應，外加磁場的強度要更強，才能收集到化合物的頻率。

8.       愛因斯坦的光電效應理論說，超過閥值、頻率對的光能，如果強度太弱，是無法讓金屬板發電；超過閥值、頻率對的光能，必須強度夠強，才有辦法讓金屬板發電。

9.       作者認為，必須增強磁場的原因是原子的電子雲，有遮蔽磁場的效果。電子雲只是原子外圍的一層膜，它的行為深受原子核的影響。

10.   原子核以質量的形式存在，質量使原子核對微小粒子(例如，電子、磁量子)具有引力；電子以動能的形式存在，動能使電子能不斷圍繞著原子核運動，形成一層保護膜；也就是，整個原子本身是一個穩定的系統。外加的力量要打破穩定系統的慣性，確實需要增強能量。

11.   增強灌注原子核的磁場，被激化的原子就會吐出更多更強的頻率，有利於核磁共振光譜儀分析，這也符合熱力學第一定律：「宇宙的能量是恆定的」。注入的能量多，吐出的能量也多。

12.   核磁共振的測定方式，有許多思考模式跟波爾氫原子理論很像。

13.   波爾，用電把氫原子激化，讓電子偏離軌道，然後又反彈回原本的軌道，電子恢復軌道的過程中，氫原子會釋放光；然後，用三菱鏡離析氫原子釋放的光，發現它是由特定的色帶組成(特定頻率的波)，這些「不連續光譜」，稱為「氫原子光譜」，是氫原子獨有的，並且我們確信，每一種原子都有特定的光譜。

14.   核磁共振，用磁力把含有核磁原子的分子激化，讓電子偏離軌道，然後又反彈回原本的軌道，電子恢復軌道的過程中，分子會釋放頻率；因為，每一種原子在某種分子結構下，都會釋放一樣的頻率，只要經過實驗與統計，我們就能確定，釋放哪些頻率的東西，是什麼化合物。