让我们再进一步。
假设自旋核之间存在着耦合作用,那么大量这样的自旋核所表现出来的自旋系统该如何描述?——为了简化问题,我们从最常见的AX自旋系统入手。在这一系统中,每一个分子由两个1/2核I1和I2组成,I1和I2的化学位移之差远大于两者耦合值
,在这样的弱耦合均匀溶液体系中,某一自旋对AX汉密尔顿如下
如前所述,我们可以进一步得到如下方程
其中
对于某一个1/2核组成的AX自旋分子,其状态
只要满足
则可以将这一核所处的状态用如下矩阵描述
而当有大量这样的分子时,我们和之前一样采用密度算符来对系统进行描述,定义
于是我们得到
这里,密度矩阵同样满足对角元相加为1以及相干之间彼此复共轭的特性。
这里简单提一下AX系统中相干的分类。我们可以看到在矩阵各项ρ的下角标中有α,β,+,-四项。其中α,β我们定义为0,+为+1而-为-1,而我们平时所描述的“-1量子相干”或者“0量子相干”指的就是将ρ的下角标相加后所得的值:如ρα-为-1量子相干而ραβ为0量子相干。在通常的核磁实验中,只有-1量子相干能被直接观测到。