一、核磁共振的发展及基本概念
1946年，美国物理学家布洛赫(F.Bloch)和普舍尔(E.M.Purcell)为首的两个小组几乎在同一时间、用不同的方法独立地发现了物质的核磁共振(NMR)现象，后来两人又一起合作制造了世界上第一台核磁共振谱仪。于1952年，他们二人共同获得了诺贝尔物理奖。
所谓核磁共振，是根据处在某个静磁场中的物质原子核系统当受到相应频率的电磁波作用时，在它们的磁能级间产生共振跃迁的原理而采取的一种新技术。核磁共振技术自创始以来经历了60年代的连续波谱仪大发展时代，以及70年代的脉冲傅里叶变换核磁共振和核磁双共振时代。近年来发展的多核NMR、多脉冲NMR、二维NMR和固体NMR在理论和实践上都取得了迅速发展。
目前，核磁共振已成为一种鉴定化合物结构和研究化学动力学的极为重要的方法。因此，在有机化学、生物化学、药物化学和石油工业、化学工业、食品工业、橡胶工业、医药工业等领域得到了广泛的应用。
二、核磁共振基本原理
泡利(W.Pauli)在1924年首先提出原子核具有磁矩，并认为核磁矩与其本身的自旋运动相联系，用此理论成功地解释了原子光谱的超精细结构。
核磁矩μ与核自旋角动量L之间的关系为：
式中是质子质量，e为单位电荷，g称为朗德因子(Landefactor)，对于不同的核它有不同的值，它反映核内部自旋和磁矩的实验关系。
实验工作中，常常用磁旋比(Magnetogyric-ratio)γ这个物理量表示核磁矩与核自旋的关系，其定义为：
γ随核的结构不同而不同，对于氢核，即质子，核磁矩比电子的自旋磁矩小得多，一般要小三个数量级。
在外磁场中，原子核的自旋角动量是空间量子化的以外磁场B的方向为Z轴的正向，
则核自旋角动量的空间量子化表示为
式中M是核自旋量子数，对于具有自旋量子数为I的核，M的取值为-I，-I+1，……，I，共有2I+1个值.对于不同的核，I可能为整数或半整数或零。
核自旋的空间取向，由(1)式
由(4)和(5)式可得g因子与磁旋比γ的关系为
可见，g因子也是一种磁旋比。
三、核磁共振的应用
（1）在医学中的应用
自1971年Damadian指出某些恶性肿瘤组织中水质子弛豫时间(RF脉冲停止后，原子核恢复到最后平衡状态所用的时间)比正常的组织要长，因此就开始对活体研究至今，已取得较大进展。目前，核磁共振技术已成为揭秘病人组织病变和器官机能失常的最有效手段。
①中枢神经系统 核磁共振成像机(MRI)，除了对脑和脊髓肿瘤的诊断外，对炎症、脱髓鞘病变以及代谢性等疾病是目前唯一有效的检查方法，尤其是对脑缺血、多发性硬化症、脑肿瘤、脊髓白质病变、颅神经病变及垂体肿瘤等的临床评价特异性较高，结果比较准确；
②骨骼肌肉系统 核磁共振成像机以其较高的分辨率，显示出各种组织的解剖病理结构。对骨与关节疾病的诊断比其它任何影像学(如X射线、CT、B超等)的检查都要准确，尤其是对骨的缺血性坏死(AVN)，膝关节韧带、半月板、肌腱的损伤，骨损伤、骨的炎症，肿瘤及腰椎间盘病变等都有很高的诊断价值；
③胸腹盆腔的检查 核磁共振成像机除与其它影像学检查一样外，还能反映出组织器官的形态学改变，同时也能对代谢性疾病进行准确的诊断，如肝、脾的含铁血黄素沉着症等特异性高、对心脏及大血管的检查，除了能显示一般的形态学改变外，还可以动态模拟观查心脏运动，评价心脏的功能，瓣膜功能及血流方向、射血过程等，对指导某些肿瘤(如恶性淋巴瘤及前列腺癌等)治疗效果的观察有着重要的临床意义；
（2）在微生物学中的应用
1982年巴克(Barker)等以H及13C 核磁共振作为糖偶合物结构分析的常用技术，该技术能进行多糖与糖偶合物的非破坏性的分析，尤其是对13C 核磁共振技术能提供重要的数据。根据图谱的谱峰数目与位置及各谱峰的相对强度比，便可推知分子的化学结构、性质与纯度，就像碳原子异构物的数目及性质；羰基、甲基与乙酰基的存在及强度；在重复单位中的糖基残渣数目等。1983年罗弗(Rowe)等利用13C的核磁共振技术完成对细菌脂多糖核心多糖的分析，还可作为多糖是否纯化的指示剂。与此同时，Lebmann、霍顿(Horton)、斯特兰(Strain)等先后成功地将31P 核磁共振技术应用于细菌LPS中的磷酸(焦磷酸)及磷酸二酯的识别，同时也可用于测定细菌LPS样品的纯度及均一性的测定。多年以来，人们也用核磁共振技术对绿脓杆菌脂多糖及LPS核心多糖的结构、大肠杆菌K12庚糖阴性变种LPS进行了分析；分析了淋球菌LPS的类脂A；提取了明尼苏达沙门氏菌R595 LPS的单磷酰基类脂A；对鼠伤寒沙门氏菌变种类脂A前体进行了纯化及分析；白色念珠菌寡甘露糖苷的分析以及钩端螺旋体糖脂抗原的分析，使人们对细菌结构的化学组成有了更进一步的了解。
（3）在食品科学中的应用
核磁共振技术作为一种食品成分的检测方法，与其它物理化学检测方法比较有两大优点：1)能定性的测量；2)在时间及空间上都能用各种比例尺进行广泛测量以求得定量的结果。因此核磁共振图象法是对食品中不均匀系列复杂特性的最佳分析手段之一；
①对食品内部无损的检查 核磁共振图像法，主要是对外部完好而内部已开始腐烂的水果(如苹果,桃,梨等)进行检查，以提高水果检验的可靠性；其次，是用此法区别水果是否有核，为食品的加工及管理工作提供方便；此外，核磁共振图像法还可以鉴定果实的成熟程度，以提高果实收获及运输的可靠性；
② 评定啤酒的质量 目前，国外已利用核磁共振图像法与快速T测定法相结合，测定在油水悬浮液中油和水的分离酪化过程，以此揭示不同品牌的啤酒以及其泡沫破灭速度的差异，为啤酒的质量评定提供依据；
③评定金枪鱼的等级 国际市场上的金枪鱼等级随脂肪附着情况而定，用核磁共振图像法可以迅速准确而又毫无破坏地检测金枪鱼含水分子的情况，以快速准确的评价出金枪鱼的等级。此外，还可利用局部核磁共振图像法和化学位移显像法跟踪诸如巧克力一类食品的油水悬浮液中油脂的结晶过程，再根据不同的结晶过程，判断不同产品的风味，从而改进生产工艺，提高巧克力类食品的风味特色。
四、结语
总之，随着核素显象剂和核仪器的快速发展，上述的各种核影像技术在面向二十一世纪的发展中将对各项科学技术产生了更为重要的影响。
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