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Robin A. de Graaf《In Vivo NMR Spectroscopy: Principles and Techniques》Third Edition序文
撰寫第三版的主要推動力，是因為較早版本，以及多數 NMR 教科書，對若干基本 NMR 現象的描述並不充分。NMR 的量子圖像提供了最一般性的描述，適用於所有 NMR 實驗。因此，NMR 的量子描述往往佔據核心地位，但代價是犧牲了物理上直觀的圖像。當量子力學被不正確地簡化為古典圖像時，就會產生對 NMR 的不恰當描述。
然而，自從 Felix Bloch 首次報告體相物質中的 NMR 以來，人們就已知道，對於許多化合物，例如水，NMR 現象可以根據古典論證作定量描述，而不必訴諸量子力學。本版採用這種古典描述，作為一種非常直觀且直接的 NMR 說明方式。活體 NMR 的許多方面，包括 MR 成像、磁化轉移與擴散，都可以成功地描述；不過，在存在標量耦合時，古典描述確實會變得不足。此時，古典描述會被半古典的關聯向量模型取代，而這個模型會自然導向量子力學的乘積算符形式主義。
第三版也藉此機會修正關於射頻脈衝與線圈本質的一些誤解，並且提供新方法的更新回顧，包括超極化 MR、氘代謝成像（DMI）、MR 指紋、進階磁場勻場，以及化學交換飽和轉移（CEST）方法。不過，必須強調的是，本書並不打算對活體 MRS 方法提出完整、詳細且深入的綜述。
本書的主要目標，一直是提供活體 NMR 的教育性解釋與概觀，同時不失去實驗 NMR 光譜學家所重視的實用面向。在本版中，這個目標透過將相當多的數學方程式移至習題中而得到加強；正文則更偏向直觀、描述性的說明，以及 NMR 現象的圖像化呈現。這些習題的設計目的，是複習、但也常常擴展書中所介紹的 NMR 原理與技術，包括更深入探索定量 MR 方程。關於 RF 脈衝的文字說明已被縮減，並由 PulseWizard 補充；PulseWizard 是一個以 Matlab 為基礎的 RF 脈衝產生與模擬圖形使用者介面，可於本書配套網站下載。
形成本第三版基礎的許多想法與改動，來自與同事們的多次討論。我想感謝 Henk De Feyter、Chathura Kumaragamage、Terry Nixon、Graeme Mason、Kevin Behar 與 Douglas Rothman 所帶來的許多富有成果的討論。
最後，我想感謝以下人士提供原始資料：Dan Green 與 Simon Pittard（Magnex Scientific）、Wolfgang Dreher（University of Bremen）、Andrew Maudsley（University of Miami）、Yanping Luo 與 Michael Garwood（University of Minnesota）、Bart Steensma、Dennis Klomp、Kees Braun、Jan van Emous 與 Cees van Echteld（Utrecht University），以及 Henk De Feyter、Zachary Corbin、Robert Fulbright、Graeme Mason、Terry Nixon、Laura Sacolick 與 Gerald Shulman（Yale University）。
2018 年 5 月
Robin A. de Graaf
美國康乃狄克州 New Haven
MRS簡介
光譜學是研究物質與電磁輻射之間交互作用的學問。原子與分子具有一系列離散能階，對應於不同且量子化的電子、振動或轉動狀態。原子與電磁輻射之間的交互作用，其特徵是吸收與放出光子，而光子的能量必須恰好等於兩個狀態之間的能階差。
由於光子的能量與頻率成正比，不同形式的光譜學常常根據所涉及的頻率來區分。例如，外層電子之電子態間的吸收與放射，通常需要紫外光（UV）範圍的頻率，因此產生紫外光譜學。分子振動模態的頻率略低於可見紅光，因此以紅外光（IR）光譜學研究。核磁共振（NMR）光譜學則使用射頻，其範圍通常在 10–1000 MHz。
NMR 是研究原子核的磁性質及其相關能量。當原子核置於一個強外加磁場中時，可以觀察到射頻能量的吸收。1945 年，MIT Cambridge 的 Purcell 等人，以及 Stanford 的 Bloch 等人，同時但彼此獨立地發現了 NMR。1952 年，Bloch 與 Purcell 因其開創性成就共同獲得諾貝爾物理學獎。
在這個階段，NMR 純粹是物理學家用來測定原子核磁矩的實驗。直到人們發現，同一分子內的不同原子核會在不同的共振頻率吸收能量，NMR 才能發展為最具多功能性的光譜技術之一。這些所謂的化學位移效應，與原子核所處的化學環境直接相關，最早由 Proctor 與 Yu 於 1949 年觀察到，Dickinson 也獨立觀察到此現象。1951 年 Arnold 等人發表了乙醇的高解析度 ¹H NMR 光譜，其中可以清楚辨認出甲基、亞甲基與羥基質子的分離訊號；這使 NMR 能夠提供化合物詳細化學資訊的能力得到穩固確立。
在最初二十年中，NMR 光譜是以連續波模式記錄的：在固定磁場強度或射頻其中之一的同時，掃描另一個量，使其通過感興趣的光譜區域。1966 年，Ernst 與 Anderson 引入了脈衝式 NMR，並結合傅立葉轉換，NMR 因而發生革命性轉變。脈衝式 NMR，或傅立葉轉換 NMR，是所有現代 NMR 實驗的核心。
外加磁場在原子核中誘發的能階差，相較於室溫下的熱能非常小，使得這些能階幾乎被等量佔據。因此，光子的吸收非常低，這讓 NMR 與其他形式的光譜學相比，是一種非常不靈敏的技術。然而，這種低能量吸收也使 NMR 成為一種非侵入性、非破壞性的技術，非常適合活體測量。一般認為，Bloch 透過觀察自己手指中的水訊號，完成了第一個活體 NMR 實驗。
在接下來數十年中，NMR 研究被應用於多種生物樣本，例如蔬菜與哺乳動物組織製備物。人們持續關注如何界定與解釋生物組織中水的性質，這導向 Damadian 於 1971 年提出一項令人期待的報告：惡性腫瘤組織的 NMR 性質，即弛豫時間，與正常組織有顯著差異，暗示質子 NMR 可能具有診斷價值。
1970 年代初期，完整活體組織的 NMR 光譜實驗首次被報導。Moon 與 Richards 使用 ³¹P NMR 研究完整紅血球，並顯示如何由化學位移差異決定細胞內 pH。1974 年，Hoult 等人報導了第一個使用 ³¹P NMR 研究完整切除大鼠後肢的研究。
第一個 ¹H NMR 光譜的取得幾乎延遲了十年，原因是空間定位，以及水與脂肪抑制相關的技術困難。Behar 等人與 Bottomley 等人分別報導了來自大鼠與人腦的第一個 ¹H NMR 光譜。從這些樸素的開端以來，活體 MR 光譜學（MRS）已成長為研究疾病與健康狀態下代謝之靜態與動態面向的重要技術。
與活體 MRS 興起的同時，高解析度液態 NMR 的世界也因 Ernst 及其同事引入 2D NMR 而發生革命；這是基於 Jeener 於 1971 年提出的概念。隨後數十年發展出的數百種 2D 方法，使 NMR 穩固成為鑑定低分子量化學物質與決定其結構的主要分析工具。Richard Ernst 因其對 NMR 方法學發展的貢獻，獲得 1991 年諾貝爾化學獎。
將多維 NMR 應用於生物大分子研究，使得人們能夠在水溶液環境中決定蛋白質的三維結構，提供了 X 光晶體學之外的替代方法。Kurt Wüthrich 因其對蛋白質 NMR 與三維蛋白質結構決定的貢獻，獲得 2002 年諾貝爾化學獎。
大約在活體 MRS 報告出現的同一時期，Lauterbur 以及 Mansfield 與 Grannell 描述了現代 NMR 的一項主要組成，即活體 NMR 成像或磁共振成像（MRI）的最早報告。透過在靜磁場之外施加位置相依的磁場，他們能夠將核自旋的空間分布重建為影像。Lauterbur 與 Mansfield 共同獲得 2003 年諾貝爾醫學獎。自 MRI 出現以來，它已蓬勃發展成為結構與功能成像的主要方法，包括擴散張量成像（DTI）與血氧濃度相依（BOLD）功能性 MRI 等方法。
作為臨床與研究中主要的成像模態，MRI 的理論與實務面向已由許多優秀教科書廣泛涵蓋。雖然 MRS 與 MRI 基於相同的基本原理，但要獲得高品質 MRS，其實務考量非常不同.....。
所以這本成為第 1 冊，某種程度上就是這套叢書的「開山冊」。
