7.2: 原子核:核自旋

所有原子粒子都具有固有的角动量或"自旋"。电子、质子和中子的自旋值为 1/2，尽管由于能量因子，原子核中的质子和中子可能具有更高的半整数自旋。

原子核具有净核自旋，，它可以有整数或半整数值。在原子核中，质子的自旋彼此配对，但不与中子配对，反之亦然。因此，偶数个质子对核自旋值没有贡献，中子也是如此。

碳 12 和氧 16 的原子核包含偶数个质子和中子，并且净核自旋为零 （ = 0）。当原子核包含奇数个质子（例如，氚）或中子（例如，碳 13）时，由于核子不成对，核自旋是半整数。包含奇数个中子和质子的原子核具有非零整数自旋。所有具有非零自旋的原子核都具有 NMR 活性。

自旋值大于 1/2 的原子核称为四极原子核。超过三分之二的天然 NMR 活性原子核是四极原子（例如氮 14、氧 17、硫 33、硼 11 和氯 35）。四极原子核具有非球形电荷分布，导致不对称的电场和磁场，从而导致宽信号和复杂的 NMR 行为。因此，具有球形电荷分布和对称场的自旋半核是 NMR 研究的首选。

所有原子粒子都具有固有的角动量或"自旋"。电子、质子和中子的自旋值均为二分之一。

与电子不同，原子核中的质子和中子可能具有更高的自旋，但值始终为半整数。

原子核中的所有粒子都对整体核自旋 I 有贡献。

在原子核中，质子与质子配对，中子与中子配对。成对粒子对原子核的净自旋贡献为零。因此，具有非零自旋的原子核至少有一个不成对的粒子。

如果质子或中子的数量是奇数，则由于质子或中子不成对，核自旋是半整数。

同样，如果中子和质子的数量都是奇数，则核自旋是一个非零整数。

尽管所有具有非零自旋的原子核都具有 NMR 活性，但具有球形电荷分布和对称场的自旋半原子核是 NMR 研究的首选。