(Eng. nuclear magnetic resonance, NMR), een belangrijke analysemethode in o.a. de scheikunde en de natuurkunde voor de bepaling van de structuur van moleculen, die berust op het feit dat de kernen van sommige atomen een magnetisch moment bezitten, d.w.z. zich als magneten gedragen. In een sterk magnetisch veld worden deze magnetische momenten gericht.
Door opname van energie in de vorm van radiogolven kunnen de magnetische momenten worden omgeklapt in tegengestelde richting, d.w.z. tegen het uitwendige magnetische veld in. Daarna richten de momenten zich weer in de richting van het uitwendige magnetische veld enz.: de resonantievoorwaarde is bereikt. Met het veld mee bezitten de momenten een lagere energietoestand dan wanneer ze tegen het veld in staan. Het verschil daartussen, de resonantie-energie, is o.a. afhankelijk van de grootte van de magnetische veldsterkte ter plaatse van de kern. Deze blijkt te worden beïnvloed door de magnetische momenten van omliggende kernen en door de elektronendichtheid rond de kern. Het is vooral daardoor dat de kernmagnetische resonantie een belangrijke methode is geworden voor chemische structuurbepalingen.
In de organische chemie is vooral het magnetische moment van het waterstofatoom van belang, omdat veel waterstofatomen voorkomen in organische moleculen en omdat het meest voorkomende koolstofisotoop (I2C) geen magnetisch moment bezit. Verder is van belang dat men door gebruik van isotopen zonder magnetisch moment (b.v. deuterium) meer informatie verkrijgt over de structuur van gecompliceerde moleculen. De kernmagnetische resonantie berust op twee wetten uit de quantummechanica. Ten eerste kan een kern met een magnetisch dipoolmoment 𝜇, en kernspin I in een magnetisch veld maar een eindig aantal discrete energietoestanden aannemen, waarvan de energie evenredig is met 𝜇/I. De spin van het proton is Ip = 1/2, zodat het proton twee energietoestanden kent, behorend bij de standen parallel en antiparallel ten opzichte van het uitwendige veld. Ten tweede kan een overgang tussen twee discrete toestanden, met een energieverschil ∆E, bewerkt worden door de absorptie of emissie van een stralingsquantum met een energie hv = ∆E, waarin h de constante van Planck en v de frequentie van de elektromagnetische straling is. Protonen zullen in een uitwendig magnetisch veld met een magnetische inductie B, elektromagnetische straling met een frequentie v kunnen absorberen en weer uitzenden, indien voldaan is aan de resonantieconditie (𝜇p/Ip) B = ∆E.De kern van een waterstofatoom in een molecule, zal behalve het uitwendige magnetische veld nog een storend veld voelen van de omringende atomen. Hierdoor zal de waarde van AE bij een bepaald veld voor verschillende waterstofatomen verschillend kunnen zijn, zodat bij een aantal verschillende waarden van v aan de resonantieconditie is voldaan. Men kan ook resonantie verkrijgen door de sterkte van het magnetische veld te variëren en de frequentie v constant te houden. Dit wordt in de praktijk het meest toegepast.
Met behulp van een →kernspinresonantie-spectrometer kan een resonantiespectrum worden verkregen van b.v. ethanol CH3CH2OH (afb.). Ethanol bevat drie verschillende waterstofatomen, hetgeen ook uit het spectrum blijkt. Het proton dat gebonden is aan het zuurstofatoom heeft door de elektronenzuigende werking van het zuurstof de laagste elektronendichtheid rond zijn kern. Daardoor absorbeert het straling bij de laagste waarde van het aangelegde magnetische veld. De protonen van de CH2-groep ondervinden meer elektronenzuigende werking van het zuurstofatoom dan de protonen van de CH3-groep.
Een spectrum kan als volgt geïnterpreteerd worden:
1. het aantal verschillende signalen geeft aan hoeveel verschillende protonen in het molecule aanwezig zijn;
2. de positie van de signalen geeft informatie over de elektronendichtheid in de omgeving van het proton;
3. de intensiteit van de signalen is een maat voor het aantal protonen die aan de resonantievoorwaarde voldoen;
4. het opsplitsen van een signaal in b.v. een doublet of triplet wordt bepaald door de magnetische wisselwerking van het bij het signaal behorende proton met andere kernen. Een doublet wordt veroorzaakt door één ander proton. Een triplet wordt veroorzaakt door twee zgn. nabuuratomen enz. De wisselwerking veroorzaakt op de kern van het onderzochte proton een verandering van het magnetische veld. De magnetische momenten van eventueel andere protonen kunnen nl. met het uitwendige veld mee of er tegen in staan.
Zo kan het effectieve magnetische veld door één proton een klein beetje verlaagd of verhoogd worden; waardoor het doublet ontstaat. Kernmagnetische resonantie-spectroscopie wordt ook gebruikt in de geneeskunde, waarbij met de scanningmethode specifieke organen worden afgetast aan de hand van spinecho’s. LITT. A.Abragam, The principles of nuclear magnetism (1961); D.H.Williams en I.Fleming, Spectroscopie methods in organic chemistry (1966); F. A.Bovey, Nuclear magnetic resonance spectroscopy (1969); W.W.Paudler, Nuclear magnetic resonance (1971).
