stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
Ydinmagneettinen resonanssispektroskopia
J-kytkeytyminen > Kytkeytymisvakiot

Eri Zeeman-tiloissa olevat atomiytimet voivat vaikuttaa toisiinsa kovalenttisten sidoselektronien välityksellä jos ydinten välillä ei ole liian montaa sidosta. Tätä kutsutaan J-kytkeytymiseksi (eng. J-coupling) tai spin-spin-kytkeytymiseksi ja se aiheuttaa ydinten signaalien jakautumista spektrissä tietyin välimatkoin, joita kutsutaan kytkeytymisvakioiksi (symboli J). J on taajuuden yksiköinä – usein hertseinä (Hz). Arvo voi olla positiivinen tai negatiivinen. Taajuudet ovat vakioita, eikä magneettikentän vahvuus vaikuta niihin.
J-kytkeytymisen aiheuttama signaalien jakautuminen voi kertoa tärkeää tietoa tutkitun molekyylin erilaisten ydinten läheisistä kemiallisista ympäristöistä. Tämä helpottaa tuntemattoman molekyylin tunnistusta.
Kun ydin on kytkeytynyt n kemiallisen sidoksen päästä toiseen ytimeen, on kytkeytymisvakion symboli nJ. Ydinten kytkeytyminen voi tapahtua
yhden sidoksen välityksellä. Kytkeytymisvakion J symboli on 1J.
kahden sidoksen välityksellä. Kytkeytyminen on geminaalista. J symboli on 2J.
kolmen sidoksen välityksellä. Kytkeytyminen on visinaalista. J ymboli on 3J.
J taajuudet ovat usein 1J > 2J > 3J, eli yhden sidoksen välinen kytkeytyminen on voimakkainta.
Visinaalista kauaskantoisempaa kytkeytymistä ei usein havaita esimerkiksi 1H NMR-spektreissä. Kaksois- ja kolmoissidokset kuitenkin usein helpottavat elektronivälitteisen kytkeytymisen siirtymistä pidemmälle elektronidelokalisaation kautta.
Yhteenvetona siis kun 2 1H-ydintä on kytkeytynyt toisiinsa visinaalisesti, on kytkeytymisen symboli 3JHH. Jos isotoopit ovat samoja, kuten edeltävässä esimerkissä, kytkeytyminen on homonukleaarista. Jos ne ovat eri, kytkeytyminen on heteronukleaarista.
J-kytkeytyminen > Multipletit

Yhden tai usean samanlaisen ytimen signaali voi jakautua NMR-spektrissä useiksi signaalien "piikeiksi", joita erottavat kytkeytymisvakiot. Jakautumatonta piikkiä tai jakautunutta piikkikokonaisuutta kutsutaan multipletiksi ja piikkien lukumäärää signaalissa sen multiplisiteetiksi. Multipletin täsmentävä nimi singletti, jos signaali ei ole jakautunut. Jos multipletissä on 2 piikkiä, jotka ovat yhtä intensiiviset eli niiden intensiteettisuhde on 1:1, on multipletti dupletti, ja sen multiplisiteetti 2. 1H ja muiden I=½ ytimien spektreissä nähtäviä multiplettejä on alla taulukossa.
| n | Multiplisiteetti (n+1) | Multipletti | Intensiteettisuhde |
| --- | --- | --- | --- |
| 0 | 1 | Singletti | 1 |
| 1 | 2 | Dupletti | 1:1 |
| 2 | 3 | Tripletti | 1:2:1 |
| 3 | 4 | Kvartetti | 1:3:3:1 |
| 4 | 5 | Kvintetti | 1:4:6:4:1 |
| 5 | 6 | Sekstetti | 1:5:10:10:5:1 |
1H ja muiden I=½ ydinten kytkeytymisessä yksittäisen multipletin intensiteettisuhteet voidaan muistaa Pascalin kolmion avulla.
J-kytkeytyminen > Multipletit > Multiplettien muodostuminen

Multiplettien muodostuminen johtuu erilaisten Zeeman-tilojen J-kytkeytymisestä. Esimerkiksi etanolin CH3-ryhmän 1H-ytimiin kytkeytyvät visinaalisesti CH2-ryhmän 1H-ytimet. Kunkin 1H-ytimen Zeeman-tila voi olla +½ eli α tai -½ eli β. Etanolin CH3-ryhmän kohdalla kytkeytymisyhdistelmiä on 4: ββ, αβ, βα ja αα. Yhdistelmistä suurienergiaisin on ββ. Siten sen varjostus on suurin eli sen taajuus ja ppm on pienin. αα on pienienergiaisin. Sen varjostus on pienin eli sen taajuus ja ppm on suurin. αβ ja βα ovat samanenergiaiset. Siten niiden ppm-arvot ovat yhtä suuret. Yhdistelmät ovat likimain yhtä todennäköisiä ja signaaleja antavia ytimiä on näytteessä suuria määriä. Siksi CH3 1H-ytimet muodostavat 1:2:1 intensiteettisuhteisen tripletin 1H NMR-spektriin (kuva).
1H-spektreissä ei usein nähdä J-kytkeytymistä hapen kautta, eli etanolissa OH-ryhmän 1H jää kytkeytymättä ja näkyy singlettinä. Normaalisti piikki on kuitenkin leventynyt jos etanoli ei ole hyvin puhdasta. Myös CH2 1H-ytimet jäävät kytkeytymättä OH 1H kanssa, mutta kytkeytyvät CH3 1H-ydinten kanssa muodostaen kvartetin. Kvartetin muodostuminen voidaan perustella kuten tripletti, eli Zeeman-tilayhdistelmien kautta. Kussakin yhdistelmässä on tällöin kytkeytyneenä 3 Zeeman-tilaa: (βββ), (αββ) jne.
Etanolin multipleteissä olevien piikkien väliset ppm-erot ovat likimain samat koska ne muodostavien ydinten 3J-kytkeytymisvakiot ovat suunnilleen samat. Jos multipletin muodostavien ydinten J-kytkeytymisvakiot eivät olekaan likimain yhtä suuret, voi muodostua monimutkaisempia multiplettejä (kuva alla). Jos J-vakioiden välillä on vain pieni ero, signaali näyttää yksinkertaiselta. Kuitenkin ns. korkean resoluution NMR-spektrometrien erikoisvahvoissa magneettikentissä nämä pienetkin erot voivat näkyä, jolloin spektri on monimutkainen.
Multipletin rakenne voidaan esittää kytkeytymisvakiopuuna (kuva alla).
1H NMR-spektrit

1H NMR-spektreissä eli protonispektreissä orgaanisten yhdisteiden 1H-ydinten visinaalista J-kytkeytymistä (H–C–C–H) havaitaan lähes aina.
Taas 1H J-kytkeytymistä sitä sitovaan hiileen (H–C) ei tavallisesti nähdä spektreissä sillä hiilen isotoopeista luonnossa noin 99% on 12C-isotooppeja. 12C I=0, eli se ei näy NMR:ssä. Hiilen toisen vakaan isotoopin eli 13C:n I=½. Se siis näkyy NMR:ssä. 1H ja 13C välillä tapahtuu kytkeytymistä, mutta 13C yleisyys on noin 1%, eli se on harvinainen. Kytkeytyminen on siten niin heikkoa, ettei sitä yleensä nähdä.
1H-ydinten välistä geminaalista kytkeytymistä (H–C–H) ei usein nähdä spektreissä koska niissä olevat hiilten väliset yksöissidokset yleensä kiertävät huoneenlämmössä nopeasti ympäri (katso konformaatio-artikkeli). Tällöin geminaaliset vedyt ovat kemiallisilta ympäristöiltään keskimäärin samanlaiset. Kiertymisen vähentyessä esimerkiksi näytettä viilentämällä tai kiertymisen muuten estyessä geminaalista kytkeytymistä saatetaan havaita spektrissä. Kiertyminen estyy esimerkiksi steerisistä syistä, kuten substituoidussa eteenissä (esim. kloorieteeni), jossa on kaksoissidoksen vuoksi E/Z-asemissa olevilla 1H-ytimillä eri siirtymät.
Kaikki kemialliset ryhmät eivät aina tuota selkeitä piikkejä, vaan piikit ovat leventyneitä ja niiden intensiteetti on heikko. Leventymistä nähdään niiden 1H-ydinten kohdalla, jotka ovat sitoutuneet muun muassa happiin ja typpiin. Esimerkkejä: alkoholit, karboksyylihapot, fenolit, amiinit, amidit ja imidit. Näissä olevat 1H-ytimet voivat vaihtua molekyylin näistä kemiallisista ryhmistä toiseen ja vaihtua myös deuteroidun liuottimen deuteriumin kanssa, jollaisia käytetään yleisesti NMR:ssä. Tätä tapahtuu lähinnä poolisten liuottimien kuten D2O kohdalla. Näytteeseen epäpuhtauksina jääneet hapot tai emäkset katalysoivat 1H siirtymistä. Visinaalista kytkeytymistä ei myöskään yleensä havaita mm. typpien ja happien kautta, sillä nopea 1H siirtyminen estää Zeeman-tilojen tiedon välittymisen ytimeltä toiselle (katso Kytkeytymismekanismi-sarake).
Puhdistamalla näyte 1H siirtymistä edesauttavista epäpuhtauksista ja/tai laskemalla lämpötilaa, voidaan piikkien leventymistä vähentää ja kytkeytymistä mm. happien kautta saatetaan havaita. Lisäksi näytteen viilentäminen hidastaa tai voi estää konformeerien muuttumisen toisiksi. Esimerkiksi viilentämällä sykloheksaania noin -89 °C:n lämpötilaan, estyy sen rengaskäännös, jolloin aksiaaliset ja ekvatoriaaliset 1H näkyvät spektrissä kahtena piikkinä yhden keskimääräisen piikin sijaan.
1H NMR-spektrit > n+1 -sääntö

1H visinaaliseen kytkeytymiseen pätee usein (muttei aina) n+1 -sääntö, jossa n on tarkastellusta vedystä kolmen sidoksen päässä olevien vetyjen lukumäärä. Esimerkiksi etanolin kohdalla
CH3-ryhmän viereisten vetyjen määrä on 2 (CH2): 2+1=3. NMR-spektrissä näkyy siis tripletti.
CH2-ryhmän viereisten vetyjen määrä on 3 (CH3, OH jätetään huomiotta): 2+1=4. Nähdään siis kvartetti.
OH-ryhmän viereisten vetyjen määrä on 0 (CH2 jätetään huomiotta): 0+1=1. Nähdään siis singletti.
13C NMR-spektrit

Orgaanisten yhdisteiden 13C NMR-spektreissä näkyy J-kytkeytymistä toisiinsa suoraan sitoutuneiden 1H- ja 13C-ydinten välillä.
13C välistä suoraa, geminaalista tai muuta kytkeytymistä ei havaita 13C isotoopin harvinaisuuden takia. On siis tilastollisesti epätodennäköistä että signaalin antavan 13C-ytimen vieressä (tai muualla läheisyydessä) olisi toinen 13C, jonka kanssa ydin kytkeytyisi ja täten signaali jakautuisi multipletiksi. Ytimen vieressä on todennäköisemmin 12C, jonka I=0, eli ydin ei näy NMR:ssä eikä 13C voi myöskään kytkeytyä sen kanssa. 13C NMR-spektreissä 13C välistä kytkeytymistä tapahtuu, mutta se on niin vähäistä että signaaleita ei nähdä spektreissä. Kytkeytyminen tosin muuttuu havaittavaksi jos näytemolekyylit tarkoituksellisesti tehty pääosin 13C-ytimistä eli rikastettu niillä.
Irrottaminen

Irrottaminen (eng. decoupling) tarkoittaa tiettyjen J-kytkeytymisten poistamista. 13C NMR-spektristä voidaan poistaa 1H kytkeytymiset, jolloin 13C-signaalit näkyvät orgaanisten yhdisteiden spektreissä singletteinä muiden multiplettien sijaan. 13C-spektriä, josta on irrotettu 1H-ytimet, kutsutaan 13C{1H} NMR-spektriksi. Nimeämiskäytäntö pätee muihinkin spektreihin: 13C{1H, 19F}, 31P{1H} jne.
Irrottamisen pyrkimyksenä on usein yksinkertaistaa muuten monimutkaisia spektrejä. Tämä helpottaa spektrien tulkintaa.
Signaalin saantiin käytetyn magneettikentän B1 lisäksi yksinkertaisimmissa kaksoisresonanssi-irrottamismenetelmissä näytteeseen kohdistetaan toinen magneettikenttä (B2) jonka avulla irrottaminen tapahtuu.
Integraalit

Yleensä NMR-spektrissä kunkin multipletin pinta-alat lasketaan integroimalla tietokoneella ja ilmoitetaan spektrissä jollain tapaa. Usein pinta-alat ovat likimain verrannollisia multipletin antamien ydinten suhteelliseen lukumäärään ja spektrin voidaan sanoa olevan kvantitatiivinen. Määrät ovat suhteellisia ja siksi esimerkiksi dietyylieetterin 1H-spektrissä CH3-signaalin pinta-ala on noin 1.5 ja CH2:n ~1. Etanolin 1H-spektrissä CH3:n pinta-ala on noin 3, CH2:n ~2 ja OH:n ~1.
Pinta-alat eivät silti aina kerro ydinten lukumääristä muun muassa ytimen Overhauser-ilmiön takia (eng. nuclear Overhauser effect, NOE). NOE voi voimistaa tai heikentää piikkien intensiteettejä suhteessa niiden odotettuun intensiteettiin. Ilmiötä havaitaan 13C-spektreissä, muttei juurikaan 1H spektreissä. Tämä johtuu eri 13C-ydinten hyvin eriävistä relaksaatioajoista suhteessa 1H-ytimiin. Siten integrointia ei juuri käytetä 13C-spektrien käsittelyssä.[lähde? ]
NMR-spektrometri > Magneetti

NMR-spektrometrit koostuvat useista kuorista. Laitteen keskellä on sen pystysuunnassa läpäisevä ontto putki.
Putkea ympäröivässä sisimmässä kuoressa on noin -269 °C heliumnestettä, johon on upotettu sisäputken ympärille solenoidiksi kierretty suprajohde. Johteessa kiertävä tasavirta tekee siitä sähkömagneetin, joka aiheuttaa laitteen sisä- ja ulkopuolelle voimakkaan magneettikentän B0. Solenoidi menettää suprajohtavuuden jos helium ei jäähdytä sitä. Toimintavalmiissa NMR-laitteen käämissä kiertää siis sähkövirta lähes loputtomiin ilman ulkoista sähkönsyöttöä. Useimmissa laitteissa heliumia on 40–100 litraa.
B0 vahvuus on usein 4–20 T, mutta voi olla jopa 32 T. Mitä vahvempi kenttä on, sitä nopeammin ydinsignaalit saadaan erottumaan kohinasta (katso Mittaus-sarake), sillä mitattujen signaalien intensiteetti on likimain verrannollinen B0 neliöön.
Heliumkuori on eristetty sitä ulommasta kuoresta ja laitteen sisimmästä putkesta tyhjiöllä, jotta heliumiin ei pääse johtumalla lämpöä (vertaa termospulloon). Eristeittä helium kiehuisi pian pois. Tyhjiötä ympäröivässä kuoressa on noin -196 °C typpinestettä. Tämäkin kuori on eristetty ulkopuolelta tyhjiöin.
Helium ja typpi haihtuvat hitaasti ja laitteen yllä on siksi varoventtiilit. Nämä päästävät ylimääräisen kaasun pois. Joskus laitteiden oheen on rakennettu niistä erillinen järjestelmä, jolla uusiutumaton helium kerätään ja kierrätetään taas nesteeksi. Yllä on myös täyttöaukot kylmänesteille. Haihtumisen takia säiliöihin lisätään kylmänesteitä säännöllisesti. Heliumia lisätään laitteesta riippuen esim. 1–2 viikon välein ja typpeä 5–6 kuukauden välein.
NMR-spektrometri > Ilmaisin

Sisimpään putkeen on asetettu laitteen pohjasta tutkittavalle ytimelle ja sen tutkimusmenetelmälle sopiva ilmaisin (eng. probe). Ilmaisin on usein vaihdettavissa ja siinä on ainakin yhdet vastakkaiset ja toisiinsa johtimin kytketyt käämiparit, joiden väliin näyte asetetaan spektrometrin yläosasta.
Nestenäytteitä sisältäviä lasiputkia yleensä pyöritetään mittauksen aikana pystysuuntaisesti ilmaisimessa noin 10–100 Hz taajuudella. Magneettikenttä ei ole näytteen kohdalla täysin tasalaatuinen, joten pyöritys vähentää spektrin näytesignaalien levenemää eli ne erottuvat paremmin toisistaan.
NMR-spektrometri > Näyte

1H-spektriä nesteestä mitattaessa jopa alle 1 µg näytettä voi uusissa laitteissa riittää nestenäytteen valmistukseen. 13C-spektrin kohdalla näytettä vaaditaan usein muutama milligramma. Erityisen hyvillä laitteilla vaaditut määrät voivat kuitenkin vastaavasti olla vain muutamia nano- ja mikrogrammoja. Näyte on liuotettuna sopivaan deuteroituun liuottimeen kuten CDCl3, CD3OD tai DMSO-d6. Näiden 2H-signaalit eivät häiritse 1H-mittausta.
Kiinteiden aineiden mittauksessa käytetään usein MAS NMR-spektroskopiaa (eng. magic angle spinning), jossa näyte asetetaan mittauksen ajaksi maagiseen kulmaan 54.74° (≈ arc cos √2) pyörimään jopa 70 kHz taajuudella. Kiinteissä ydinten ja elektronien vuorovaikutukset ovat vahvempia ja monimuotoisempia kuin nesteissä ja MAS:n käyttö vähentää niiden havaittua vaikutusta. Vuorovaikutukset mm. leventävät spektripiikkejä.
Näyte mitataan usein huoneenlämmössä, mutta lämpötilaa voidaan myös muuttaa sopivin laittein.
NMR-spektrometri > Näyte > Standardit

Muun muassa nestenäytteissä standardiainetta saatetaan lisätä mitattavan näytteen joukkoon pieni määrä eli se on sisäinen standardi. Standardeja on monia ja yksi 1H-ydinten mittauksissa usein käytetty standardi on tetrametyylisilaani (TMS). TMS:ää käytetään sisäisenä standardina myös 13C-mittauksissa. TMS ei ole vesiliukoinen, joten jos näyte on liuenneena usein käytetyn deuteroidun kloroformin sijaan vaikka deuteroituun veteen (D2O), käytetään standardina usein vesiliukoista DSS:ää eli 4,4-dimetyyli-4-silapentaani-1-sulfonihappoa. 31P-mittauksissa standardi on usein fosforihappo (H3PO4), joka voi kuitenkin reagoida näytteen kanssa. Siksi nestenäytteiden 31P-mittauksessa se lisätään esimerkiksi NMR-näyteputkiin sisälle pieneen kapillaariputkeen erilleen muusta näytteestä, eli se on ulkoinen standardi. CCl3F käytetään usein 19F-mittauksissa; (CH3)4NI (tetrametyyliammoniumjodidi), NH3 tai CH3NO2 käytetään usein 15N-mittauksissa.
NMR-spektrometri > Lukitseminen

NMR-spektrometrin magneettikentän B0 voimakkuus muuttuu aikaa myöten. Tätä ilmenee mittauksen aikana, jolloin spektrin signaalit levenevät. Signaalien erottumisen parantamiseksi B0 lukitaan (eng. locking). Nestenäytteiden kohdalla lukitseminen suoritetaan usein siten, että näytteen deuteroidun liuottimen 2H-signaalia mitataan jatkuvasti ja verrataan laitteessa olevassa oskillaattorissa tuotettuun vakiotaajuuteen. Näiden taajuudet muutetaan ennen mittausta puoliautomaattisesti samoiksi eli lukitaan. Kun B0 muuttuu mittausten aikana, muuttaa laitteisto automaattisesti takaisinkytkennän avulla näytteeseen kohdistuvaa kokonaiskenttää toisen magneettikentän tuottavin keloin siten, että kokonaiskenttä B0 pysyy samana. Lukkosysteemi on tietyssä mielessä jatkuva NMR-mittaus, joka suoritetaan samanaikaisesti varsinaisen mittauksen ohella.
Lukkosignaalin ydin ei voi olla sama kuin mitattava ydin. Deuteriumsignaalia käytetään 1H sijaan koska 1H-signaaleita muutetaan mittauksen aikana. Kiinteiden näytteiden mittauksessa lukkosignaalin antava signaali on usein ulkoinen eli se ei ole kiinteän näytteen joukossa.
NMR-spektrometri > Shimmaus

Magneettikenttä B0 ei ole kaikissa näytteen kohdissa täysin tasalaatuinen eli kemiallisilta ympäristöiltään samanlaiset ytimet kokevat sen eri vahvuisina. Siten niiden Larmorin taajuudet ja ppm-arvot ovat eri. Pienetkin eriävyydet kentässä leventävät spektripiikkejä ja aiheuttavat sivupiikkejä (eng. spinning sidebands).
Kentän eriävyydet johtuvat monista seikoista kuten NMR-spektrometrin valmistuksessa siihen jääneistä epätasalaatuisuuksista ja mitattavasta näytteestä. Täysin tasalaatuista kenttää ei ole mahdollista tuottaa teknisistä syistä, mutta sitä voidaan pyrkiä tasalaatuistamaan.
Ilmaisinta ympäröivät useat erilliset shimmauskelat. Kelojen ympärille luodaan magneettikenttiä johtamalla niihin tasavirtoja, joiden jännitesäätöä sanotaan shimmaukseksi (eng. shimming). Shimmauksessa heikennetään tai vahvistetaan B0-kenttää paikoitellen tarpeen mukaan, jotta se saadaan kyllin tasalaatuiseksi näytteen kohdalta. Shimmauskelat ovat usein magneetissa ja ne ovat resistiivisiä. Suprajohtavia shimmauskeloja voi olla myös sisäänrakennettu nesteheliumsäiliöön.
Shimmaus tehdään puoliautomaattisesti toistuvasti kokeilemalla, kunnes on saatu kyllin tasalaatuinen kenttä. Shimmaus tehdään joka näytteen kohdalla erikseen ennen varsinaista mittausta, sillä näytteiden ja näyteputkien eriävät magneettiset ominaisuudet muuttavat B0-kenttää näytteen kohdalta.
Shimmaus tulee englanninkielen sanasta shim. Sanalla tarkoitettiin diamagneettisia metallipaloja, joita siirtelemällä tasalaatuistettiin varhaisten NMR-spektrometrien magneettikenttiä, joissa ei ollut sähkösäätöisiä keloja.
NMR-spektrometri > Virittäminen ja sovittaminen

Ilmaisimen käämeihin tulee duplekserin kautta lyhytkestoinen ja taajuudeltaan ja muuttuva vaihtovirtapulssi. Tämä aiheuttaa NMR-signaalin muodostumiseen johtavan muuttuvan B1 magneettikentän. Käämiparin välissä on niiden virittämiseen (eng. tuning) käytetty kondensaattori, jolla on kapasitanssi CT (faradi). Käämeillä on induktanssi L (henry). Käämit on rakennettu siten, että ne toimivat LC-värähtelypiirinä kulmataajuudella ωLC (rad s−1)
\omega _{LC}=(LC_{T})^{-1/2}
CT säädetään puoliautomaattisesti siten, että värähtelypiiri vastaa likimain duplekserilta tulevan sähkösignaalin kulmataajuutta ωdup eli ωLC ≈ ωdup. Tätä kutsutaan virittämiseksi ja se tehdään aina mitattavaa näytettä vaihdettaessa. Värähtelypiiri vahvistaa duplekserilta tulevan taajuuden amplitudia ja voimistaa siten käämien tuottamaa ytimiin kohdistuvaa B1-kenttää. Virransyötön loppuessa B1 lakkaa ja käämeihin ytimiltä tuleva niiden Larmorin kulmataajuuksista koostuva signaali vastavuoroisesti voimistuu piirissä, jonka taajuus vastaa likimain myös ydinsignaalien taajuuksia. Täten näytteestä tuleva heikko signaali vahvistuu.
Värähtelypiiriin vievässä johtimessa duplekserin jälkeen on myös sovittamiseen (eng. matching) käytetty kondensaattori, jonka kapasitanssi on CM. Kapasitanssia säädetään, jotta käämeiltä näytteeseen tuleva ja näytteestä sitten käämeille tulevan sähkösignaalin energia saadaan maksimoitua.
NMR-spektrometri > Mittaus

Mitattavalle ytimelle ja spektrometrin ilmaisimelle valitaan sopiva pulssiohjelma. Tämä on NMR-laitteistoon kytketyn tietokoneen ohjelmiston tulkitsema koodinpätkä, jonka arvoja eli parametrejä määritetään halutusti. Valmisteluiden (mm. lukitseminen, shimmaus, virittäminen ja sovittaminen) jälkeen ydinten resonanssi mitataan pulssiohjelman ja sen parametrien määrittämällä tavalla. Vaihtovirtapulssi(t) kulkee (kulkevat) kaapelistoa pitkin vahvistimien kautta duplekserille. Ytimet antavat analogisen signaalin, joka kulkee duplekserista toiseen kaapelistoon ja siinä oleviin vahvistimiin. Näistä signaali kulkee lopulta A/D-muuntimille. Näissä digitoitu signaali tallennetaan tietokoneelle. Mittaus toistetaan useasti, jotta heikoista ja ei-satunnaisista ydinsignaaleista saadaan vähennettyä satunnaista kohinaa. Kohina on lähtöisin lähinnä ilmaisimen käämien elektronien lämpöliikkeestä ja osin näytteen varautuneiden hiukkasten kuten ionien lämpöliikkeestä. Lopuksi digitoitu raakasignaali muutetaan NMR-spektriksi Fourierin muunnoksella. Muitakin matemaattisia muutoksia usein tehdään.
Toistuvien mittausten takia koko mittaus voi kestää jopa päiviä riippuen mm. mitatusta ytimestä, molekyylistä, näytepitoisuudesta ja käytetyistä mittausmenetelmistä. 1H mittaus vie harvoin yli tunnin. 13C mittauksia tulee 13C-ydinten harvinaisuuden takia toistaa useammin kuin 1H-ydinten kohdalla, jolloin mittaus voi kestää useita tunteja. Mittausten välissä tulee odottaa, jotta ytimet ehtivät T2-relaksoitua (katso Relaksaatio-sarake). 1H kohdalla mittaus voidaan usein toistaa 4 sekunnin välein.
NMR-spektrometri > Vaarat ja huomiot

Toimintavalmiin NMR-spektrometrin ympärillä on aina magneettikenttä. Siksi kyllin lähellä laitetta sydämentahdistimet tai muut elektroniset implantit voivat häiriintyä. Ferromagneettiset implantit voivat vetäytyä kohti laitetta vahingoittaen tai tappaen henkilön, jolla niitä on. Ferromagneettiset esineet voivat lentää kohti laitetta tai vetää niitä pukevan henkilön kohti laitetta. Muuttuva magneettikenttä voi myös kuumentaa näitä esineitä aiheuttamalla niihin pyörrevirtoja. USB-tikuissa, maksukorttien magneettiraidoissa ja muissa tallennuslaitteissa olevat tiedot voivat tuhoutua lähellä kenttää. Magneettikenttä ei silti itsessään ole vaarallinen ihmisille.
Suprajohteen varaus voi purkautua, jolloin sen magneettinen energia muuntuu lämmöksi. Tämä kuumentaa johteen saaden siten nesteheliumin ja -typen kiehumaan nopeasti kaasuksi. Ilmiön nimi on englanniksi quench. Kaasu purkautuu laitteesta ulos ja täyttää NMR-mittaushuoneen syrjäyttäen ilman happea. Huoneesta on poistuttava heti sillä kaasu voi tukehduttaa huoneessa olijat. Huoneessa on siten myös hyvä olla kunnon ilmanvaihto. Suprajohteen purkautuminen voi olla vahinko tai tarkoituksellinen teko. Jälkimmäisessä pyrkimyksenä voi olla esimerkiksi ferromagneettisen kappaleen ja magneetin väliin jääneen henkilön vapauttaminen.
Nestetyppi ja -helium voivat aiheuttaa vakavia paleltumia – erityisesti spektrometrin jälleentäytössä.