رنين مغناطيسي نووي

الرنين المغناطيسي النووي (Nuclear magnetic resonance، يرمز له اختصاراً NMR) هي إحدى الظواهر الفيزيائية التي تعتمد على الخواص المغناطيسية الميكانيكية الكمومية لنواة الذرة. قياس الرنين النووي المغناطيسي يستخدم أيضا لتعيين خواص الجزيئات ودراسة بنية الجزيئات .
تعتمد الطريقة على أن جميع الأنوية الذرية التي فيها عددا فرديا من البروتونات أو النيوترونات يكون لها عزم مغناطيسي ذاتي intrinsic وزخم مداري زاوي. أكثر النوى التي تستخدم في هذه التقنيات هي الهيدروجين-1 وهو أكثر نظير للهدروجين توافرا في الطبيعة إضافة إلى كربون-13. كما يمكن استخدام نظائر عناصر أخرى ولكن استخدامها أقل.

العزم المغزلي للنواة والمغناطيسية

تمتلك كل نواة ذرية عزما مغزليا حيث أنها تتكون من بروتونات ونيوترونات التي هي منبع العزم المغزلي للنواة. ويتعين العزم المغزلي للنواة بالعدد الكمومي المغزلي S. فإذا كان عدد البروتونات وكذلك عدد النيوترونات زوجيا تكون للنواة العزم المغزلي S = 0  ، أي تكون محصلة العزم المغزلي لها تساوي صفرا.
في النواة تكون طاقة البروتون أو النيوترون أقل عندما يكون كل زوج منهم له عزم مغزلي موازيا لأخيه ، وهذا بعكس حالة الإلكترونات التي تتبع مبدأ استبعاد باولي حيث يكون العزم المغزلي لأحد الإلكترونات في المدار الذري في عكس اتجاه العزم المغزلي للإلكترون الثاني الموجود في نفس المدار (أي الموجود في نفس مستوى الطاقة). ويرجع ذلك إلى تكوين البروتون والنيوترون من كواركات. وبناء على ذلك سنجد أن الحالة القاعية للديوترون (وهو نواة ذرة الديوتيريوم الذي يسمى أحيانا الهيدروجين الثقيل ، ويتكون من 1 بروتون و 1 نيوترون وكل منهما له عدد كم مغزلي قدره 1/2 ) ، ستكون الحالة القاعية لطاقتهما متميزة بالعدد المغزلي 1 وليس صفرا (يتكون الديوترون من 1 بروتون و 1 نيوترون وكل منهما له عزم مغزلي 1/2). وهذا معناه أن الديوترون سوف يتأثر في وجود مجال مغناطيسي ويؤدي رنين مغناطيسي لأن العزم المغزلي يكون مقترنا بعزم مغناطيسي (انظر أسفله). ونظرا للعزم المغناطيسي لنواة الديوتيريوم المساوي 1 فإن نواة الديوتيريوم تتصرف في مجال مغناطيسي خارجي تصرف رباعي الأقطاب Quadrupole. 
ومن وجهة أخرى فإن التريتيوم (وهو ذرة هيدروجين أثقل من ذرة الهيدروجين الثقيل ويحتوي على 2 نيوترون و 1 بروتون) سيكون فيه 2 نيوترونات معكوسة العزم المغناطيسي بحيث تعطي محصلة النيوترونات للعزم المغزلي 0 ، وينفرد البروتون الذي له عزم مغزلي 1/2 في تكوين العزم المغزلي الكلي للنواة ، وتصبح نواة التريتيوم ذات عزم مغزلي يساوي 1/2 وتتصرف في المجال المغناطيسي تصرف ثنائي الإقطاب Dipole(مثل قضيب مغناطيسي له قطبان) . أي أن نواة التريتيوم تتصرف في المجال المغناطيسي الخارجي طبقا لتصرف البروتون الذي يمتلك عزم مغناطيسي يساوي 1/2. 
يتميز طيف الامتصاص الرنيني المغناطيسي لنواة التريتيوم بتردد (موجات راديوية) أعلى قليلا عن تردد الهيدروجين-1 حيث أن نواة التريتيوم لها نسبة مغناطيسية دورانية أعلى قليلا من النسبة الخاصة بالهيدروجين-1 (¹H). 
كما توجد بعض الأنوية الذرية مثل الألمونيوم-27 ولها عزم مغناطيسي S = 5/2 .

رنين المغزلي للإلكترون

بالمثل كما نجد رنينا مغناطيسيا في النواة الذرية فنجد أيضا رنينا مغناطيسيا للإكترون في الذرة حيث لأن للإلكترون هو الآخر عزم مغزلي مصحوبا بعزم مغناطيسي. ويمكننا مشاهدة حدوث رنين العزم المغزلي للإلكترون Electron spin resonance عندما ينتقل العزم المغناطيسي الإلكتروني بين مستووين للطاقة تخصهما في الغلاف الذري. وتعود تلك الخاصية أيضا إلى نفس الظاهرة المشاهدة في رنين النواة إلا أن الأجهزة المسخدمة مختلفة كما تختلف طرق الحساب والقواعد النظرية لهما. ويوجد عدد قليل من الجزيئات التي تحوي إلكترونا منفردا (غير مقترن بزميل له في مداره). 
ومن المهم أن نعرف أن طريقة قياس الرنين المغناطيسي للإلكترون أكثر حساسية عن طريقة الرنين النووي المغناطيسي. كما يوجد أيضا خاصية الرنين المغناطيسي الحديدي ferromagnetic resonance وخاصية رنين العزم المغزلي الموجي المغناطيسي الحديدي ferromagnetic spin wave resonance الذي يحدث في المواد الغير بلورية مثل زجاج المواد المغناطيسية الحديدية ، والتي تفوق قياساتها قياس الرنين المغناطيسية المعتادة للنوة أو للإلكترونات.