一项新的技术成就有希望彻底改革使用核磁共振的固体结构解释，该技术必须使样品在磁场中同时绕两个轴快速自旋，就像一个陀螺中的陀螺。“双自旋NMR”是由这项重大研究的创始人A. 皮尼斯（劳伦斯 - 伯克利实验室）、E · 李普曼和桑普森（化学物理和生物物理研究所，塔林，爱沙尼亚）创造的术语。由于提高了约两类数值的准确度，固体中的某些种原子和离子的位点可被准确地区分开，因此它将显著地扩大磁共振谱的范围。

NMR的起点低，至少就那些对分子结构的测定感兴趣的人而论是如此，四十年代中期发明了NMR之后不久，NMR似乎首先影响到那些有志于准确测量原子核基本性质的人们。接着，已知核（无限自旋的）在外磁场中发生共振的准确频率为该核局部电子环境的一个精确函数这一理论成为现实，受到了化学家们的热烈欢迎，由此产生了化学位移的概念。例如，质子（球形，自旋量子数为1/2）在由与它相连的化学基团决定的频率下发生共振：—HCH—、—CH—=CH₂—C≡CH和—CO—OH的共振频率彼此相差很大。对于其他核，化学位移的范围较大，因而¹³CNMR容易区别脂肪和芳香碳，就像²⁹Si谱区别4 - 和6 - 配位元素一样。这就是为什么NMR是物理和生物科学中一种必不可少的结构测定工具的主要原因之一。

在NMR谱中，除其他事情之外，人们测量由磁场中核自旋吸收无线电波脉冲后所发射的射频及其重排速率。由于流动态的本质决定的随机运动，各向异性的磁和电的相互作用平均化了，所以通常可以得到液体和溶液的高分辨谱，固体样品没有这样的平均化，因此NMR谱就巨大地增宽。在1958年安德鲁等（北威尔士大学）和洛弗用一个含（1-3 cos²θ）因子的术语表示了模糊的波谱共振效应以前好长一个时期，从固态NMR谱索取化学位移信息的前景是凄凉的。通过在大约与磁场成角

的一个轴上旋转样品，固体的行为就好像它是各向同性的液体，一个质量可与液体的谱图相比的高分辨谱即可获得。

近年来，在一般的固体研究，尤其是吸附剂和催化剂的研究以及广泛的似晶体和膜材料的研究方面，魔角自旋（MAS）NMR虽具有巨大的作用——对此，像X射线结晶学这样的竞争技术不是很适用的——但它迄今受到一种相当严重的限制；比自旋为1/2的核更多的四极核（非球形，自旋大于1/2，如¹¹B，¹⁷O，³³Na和²⁷Al）导致了增宽的影响，这不能通过在54.74°的魔角上自旋或采取其他策略（如自旋的射频控制）来消除。

这就意味着、许多对于固体化学家和物理学家、材料和地球科学家有极大兴趣的问题仍然超出高分辨固态NMR的范围，减小这一限制的可行（虽然昂贵）方法是使用超高磁场，因为次级四极增宽效应与场强成反比，此法在沸石的研究中的确成功了、其中在11.744泰斯拉下，而不是较低场（7.946或9.359泰斯拉）记录的Al MAS NMR谱分辨出了两个结晶学上不同的四面体骨架位点。

然而，双自旋NMR为今后提供了一个选择途径。通过使用两个“魔角”——一个通常的54.74°魔角和一个30.56°的新魔角（适应于四极核）——实际上消除了所有增宽共振的模糊效应，这是样品所受复合运动的结果（图1和2）。研成粉末的固体在一个样品托架内旋转，该托架同时在一个二级轴上旋转，用空气喷头和空气轴承能获得高6KHz的转速。

伯克利 - 泰林研究组已证实该技术对³³Na核有效，从钠的硫酸盐和草酸盐混合物中获得了两个分辨良好的信号（宽度为75 Hz）。随着最新的报道（A. 皮尼斯等）：即矿物透辉石（同位素富集的）产生了三个不同的¹⁷O信号，决定现阶段要促进发展对地球科学家、材料工程师和那些研究催化剂、吸附剂和热超导体的人感兴趣的结构和机理解释。还很少有能直接探索这些固体中氧离子精确电子性质的技术。电子能量损耗能谱（氧K - 边结构）、X射线光谱学和电子自旋共振虽是很有用的工具，但颇受限制，而¹⁷O双自旋NMR可能是更有效的。

对于重要的固体催化剂ρ - 沸石、八面沸石（X和Y沸石）和镁碱沸石，已知分别有2、4和8个结晶学上不同的氧位点，这些将能用双自旋NMR分辨开吗（就像在ZSM-5的²⁹Si MAS NMR谱中的24个硅位点一样）？在钠沸石的¹⁷O双自旋NMR谱中只有一个峰吗？再者，A1-O-A1键是否存在？这些问题的答案将决定了固态NMR为新沸石及有关催化剂的结构解释提供的新方向。同样，对于¹⁷O富集的超导陶瓷，除了鉴别结晶学上不同的氧外，可望找到所谓的电荷不均称机制（O^2-+O⁰ →2O^-）或先前假设的过氧（离子型O₂^2-）存在的直接证据。如果要了解各类型氧化物超导体的传导机制，就需要澄清这些问题。

[Nature，1989年1月2 0日]