Núcleos atómicos: Distribución de la población en el estado del espín nuclear

Temperaturas cercanas al cero absoluto, en presencia de un campo magnético, la mayoría de los núcleos prefieren el estado de espín +1/2 de menor energía al estado de espín -1/2 de mayor energía.

A temperatura ambiente, la energía de las colisiones térmicas distribuye los espines de manera más uniforme entre los dos estados, como se describe en la ecuación de distribución de Boltzmann.

N₊ y N_- representan el número de espines predichos en los estados espín +1/2 y espín -1/2, respectivamente.

La diferencia de energía entre los estados de espín, ΔE, se expresa como hν, donde h es la constante de Planck y ν es la frecuencia de funcionamiento del instrumento de RMN. k es la constante de Boltzmann, y T es la temperatura absoluta medida en kelvin.

Por ejemplo, en un instrumento de 60 MHz, a 298 kelvin, el estado de energía más baja tiene un exceso de población de aproximadamente nueve a diez entre dos millones de núcleos, que producen la señal de RMN.

El uso de una frecuencia de operación más alta aumenta la brecha de energía y el exceso de población.