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靜磁場中，磁性核存在不同能級。用一特定頻率的電磁波照射樣品，核會吸收電磁波進行能級間的躍遷，此即核磁共振。
核磁共振是指頻率在60兆赫以上（波長在納米級）的低能量電磁波與物質 原子核相互作用的一種物理現象。核磁共振的能量較大，故當它照射到分子上時，會引起分子中價電子能級的躍遷。紅外光的能量較低，它只能引起分子中成鍵原子核間振動和轉動能級的躍遷。核磁共振波的能量更低，它產生是原子核自旋能級的躍遷。 原子核除了具有電荷和質量外，約有半數以上的原子核具有自旋。由于原子核是帶電荷的粒子，旋轉時即產生一小磁場。這些原子核的能量在強磁場中將分裂成兩個或兩個以上的量子化能級。當適當波長的電磁輻射照射這些在磁場中的核時，原子核便在這些磁誘導能級之間發生躍遷，并產生強弱不同的吸收訊號。
核磁共振儀主要由磁體、譜儀、探頭和工作站四部分組成。磁體的作用是提供一個穩定的高強度磁場，目前商業核磁已經能夠提高900ＭＨＺ的*磁場。
譜儀用于供給固定頻率的電磁輻射。試樣管安放在試樣探頭中可使試樣管固定在磁場中某一確定的位置。接受線圈和傳送線圈也安裝在試樣探頭中，以保證試樣相對于這些組件的位置不變。試樣探頭還裝有氣動渦輪，能使試樣管繞其軸迅速旋轉，以減少磁場不均勻影響。
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