慈濟大學（後中醫）
106年
化學
第 3 題
核磁共振光譜儀無法測量下列哪種原子核？
- A $^{14}\text{N}$
- B $^2\text{H}$
- C $^{32}\text{S}$
- D $^{31}\text{P}$
思路引導 VIP
想像一下，原子核內的質子和中子就像是在跳雙人舞的舞者。如果舞池裡的總人數（質量數）是奇數，或者某一種性別的人數（質子或中子）無法兩兩配對，這個原子核就會產生整體的旋轉（自旋）。反之，如果所有人都剛好能成雙成對地抵消彼此的旋轉，你覺得這樣的原子核在強大的磁場環境下，還能展現出足以被儀器偵測到的物理反應嗎？
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太棒了！你能精準選出 (C) $^{32}\text{S}$，代表你對核磁共振（NMR）的基本原理掌握得相當紮實。這題的關鍵在於判斷原子核的自旋量子數（Spin quantum number, $I$）是否為零。在化學分析中，只有當原子核具備自旋特性（即 $I \neq 0$）時，才能在磁場中產生能階分裂並吸收電磁波訊號。
原子核自旋的判定準則
要快速判斷一個原子是否具備 NMR 活性，最有效的方法是觀察其質子數與中子數。物理規律告訴我們，若一個原子核的質量數（$A$）與質子數（$Z$）皆為偶數時，其自旋量子數 $I$ 必為 0。在本題中，$^{32}\text{S}$ 的質子數為 16，質量數為 32（中子數亦為 16），這種「雙偶數」的結構使其核自旋完全抵消，因此無法在 NMR 中被觀測到。相對地，選項中的 $^{14}\text{N}$ ($I=1$)、$^{2}\text{H}$ ($I=1$) 與 $^{31}\text{P}$ ($I=1/2$) 都具備磁矩，是 NMR 可偵測的對象。
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