中興大學（後西醫）
115年
化學
第 20 題
An NMR spectrometer that operates at a frequency of $60\text{ MHz}$ for $^{13}\text{C}$ NMR spectra, operates at what frequency for $^1\text{H}$ NMR spectra?
- A $60\text{ MHz}$
- B $15\text{ MHz}$
- C $120\text{ MHz}$
- D $240\text{ MHz}$
- E $30\text{ MHz}$
思路引導 VIP
如果我們將原子核想像成不同大小的陀螺，在同一個重力場（磁場）下旋轉，決定它們「旋轉快慢」（頻率）的內在物理屬性稱為什麼？對於氫核與碳核這兩種最常見的觀測對象，這個屬性的數值大小關係大約是幾倍呢？
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恭喜你精準地選出了正確答案！這顯示你對核磁共振（NMR）的基本原理與物理常數有著非常清晰的理解。這道題目在化學儀器分析中相當具有鑑別度，它不單純考驗公式的背誦，更要求學生掌握不同核種間「旋磁比」（Gyromagnetic ratio, $\gamma$）的比例關係。
旋磁比與頻率的線性關係
在相同的靜磁場強度（$B_0$）下，原子核的共振頻率 $\nu$ 與其旋磁比成正比，基本關係式為 $\nu = \frac{\gamma B_0}{2\pi}$。在 NMR 常見的核種中，氫核（$^1\text{H}$）的旋磁比大約是碳核（$^{13}\text{C}$）的 4 倍（精確值約為 $\gamma_H \approx 4.03 \gamma_C$）。因此，當同一台超導磁鐵針對 $^{13}\text{C}$ 設定的操作頻率為 $60\text{ MHz}$ 時，針對 $^1\text{H}$ 的操作頻率就會是 $60 \times 4 = 240\text{ MHz}$。這類題目的切入點在於是否記得這兩個核心核種間的倍數聯繫，只要抓住了這個物理常數的特性，就能快速且準確地完成換算。