下列關於核磁共振儀的敘述，何者正確？

本題觀念：

本題考查核磁共振光譜儀（NMR）的兩種主要操作模式——**連續波（Continuous Wave, CW）與脈衝波（Pulsed Wave / FT-NMR）**的原理差異，以及現代 FT-NMR 的操作特性（如弛豫時間、溶劑選擇）。

選項分析

• A. 使用連續的無線電波（continuous wave）進行激發較脈衝波（pulsed wave）快

  • 錯誤。
  • 連續波（CW）：需要隨著時間慢慢改變磁場或頻率來「掃描」每一個共振點，一次只能偵測一個頻率，耗時較長（通常需數分鐘）。
  • 脈衝波（Pulsed）：使用短暫且強的射頻脈衝（RF pulse）同時激發所有頻率範圍內的原子核，並收集所有訊號（Free Induction Decay, FID），耗時極短（數秒）。因此脈衝波遠快於連續波。

• B. 連續的無線電波或是脈衝波都需要傅立葉轉換將訊號轉成一般可讀圖譜

  • 錯誤。
  • 脈衝波（Pulsed）：測得的是「時間域（Time domain）」的 FID 訊號，必須經過**傅立葉轉換（Fourier Transform, FT）**才能轉變成一般可讀的「頻率域（Frequency domain）」光譜。
  • 連續波（CW）：儀器直接紀錄吸收強度對應頻率的變化，產生的直接就是頻率域圖譜，不需要經過傅立葉轉換。

• C. 每個脈衝波中間需有讓激發的氫核回到基態的緩解時間

  • 正確。
  • 在脈衝 NMR 中，射頻脈衝會將淨磁矩（Net Magnetization）偏轉到 XY 平面。為了進行下一次的掃描累積訊號，必須等待原子核透過**自旋-晶格弛豫（Spin-Lattice Relaxation, $T_1$）**回復到 Z 軸（基態/平衡態）。
  • 這段等待時間稱為延遲時間（Relaxation delay, $d_1$）。若時間太短，原子核來不及回復，會導致訊號飽和（Saturation），訊號強度會大幅減弱甚至消失。

• D. 用脈衝波所測得的圖譜不能使用氘代溶劑當內標

  • 錯誤。
  • 現代脈衝式 FT-NMR 必須或極度依賴使用氘代溶劑（如 $CDCl_3$, $D_2O$）。
  • 氘代溶劑有兩個主要功能：
    1. 鎖場（Field Lock）：儀器利用氘（Deuterium）的訊號來鎖定磁場，防止長時間掃描時磁場漂移。
    2. 避免干擾：避免溶劑中大量的氫訊號掩蓋樣品訊號。
  • 氘代溶劑中的殘留氫訊號（如 $CDCl_3$ 在 7.26 ppm 的殘留峰）常被直接用作圖譜校正的參考（內標），或者使用添加的 TMS（四甲基矽烷）作為內標，這在脈衝 NMR 中是標準操作。

答案解析

正確答案是 C。 脈衝 NMR 的核心原理是利用短脈衝激發後收集 FID 訊號，為了確保訊號強度與定量準確性，必須給予原子核足夠的弛豫時間（Relaxation time/delay）使其從激發態回復至熱平衡狀態（基態），否則會發生飽和效應。

核心知識點

1. 儀器比較：
   • CW-NMR：頻率掃描、慢、直接得頻譜、無 FT。
   • FT-NMR (Pulsed)：全頻激發、快、得 FID (時間域) $\xrightarrow{FT}$ 頻譜 (頻率域)、高靈敏度。
2. 弛豫 (Relaxation)：$T_1$ (縱向/自旋-晶格) 是回復 Z 軸磁化的關鍵，脈衝間隔必須包含足夠的弛豫延遲 (Relaxation delay)。
3. 氘代溶劑：FT-NMR 的標準配置，提供「鎖場 (Lock)」訊號並減少溶劑背景干擾。

參考資料

1. Skoog and West's Fundamentals of Analytical Chemistry, 10th Edition. Chapter on Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy.
2. Introduction to Spectroscopy, Pavia et al. "Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy: Basic Concepts."
3. Evs.institute - Exploring Fourier Transform NMR (Comparison of CW and FT NMR speed and principles)
4. MRI Questions - CW vs Pulsed NMR (Relaxation and saturation concepts)