除提供可靠的定量信息和无损检测之外,核磁共振（NMR）波谱技术能够在分子水平特异性鉴定化学组成和结构,是多个学科领域中重要的检测工具之一。在实际的检测应用中,现有核磁共振波谱技术常常面临着许多挑战,比如:复杂样品广泛的J耦合裂分造成的谱图拥挤;磁场不均匀性导致的谱线展宽效应;高维NMR谱的实验时间过长等等。因此,许多先进的磁共振波谱技术被开发用于提高谱图三个重要参数（分辨率、实验时间及信噪比）中的一个或者多个。其中,通过消除同核耦合仅保留化学位移信息,获取超高分辨率谱图的纯化学位移技术被广泛应用于复杂分子的结构解析。本论文主要基于空间层选纯化学位移技术,开发快速高分辨的核磁共振新序列,扩展在异质样品体系的检测应用,为实际的核磁检测提供一些可能的指导。主要研究成果如下:一、本论文探究了空间层选纯化学位移一维谱在包括不均匀磁场环境下的复杂化学样品、界面不连续的空间分层样品、及宏观磁化率不均匀的生物组织在内的异质样品体系检测的可行性。实验结果证明了空间层选纯化学位移技术同时抑制磁场不均匀性和复杂J耦合裂分效应的能力。同时提出了一种基于傅里叶相位编解码的方法用以在不均匀磁场环境中提高空间层选实验信噪比。二、在空间层选纯化学位移一维谱的基础上,开发了一种正交模式的纯吸收线型的同核二维J分解谱方法。该方法在保留纯化学位移谱分辨率优势的基础上,将纯化学位移技术损失的J耦合信息呈现在另一个正交维度上,且实现了在非理想的磁场条件下,对复杂样品结构信息的高分辨测量。此外,该方法在含有宏观磁化率分布不均匀和大量代谢物的异质生物组织的结构解析上也存在一定的应用潜力。三、作为空间层选纯化学位移二维谱技术的一种,进一步提出了一种在不均匀磁场环境下高效测定复杂多层峰结构和J耦合常数的二维J编辑谱方法。该方法能够特异性地获取仅与各个感兴趣原子核有关的耦合网络信息,为解析复杂耦合网络提供了极大的便利。除了复杂的化学样品解析外,该方法也适用于半固态的生物样品的多重峰结构分析。四、在上述方法的基础上,提出了一种基于空间层选纯化学位移的高分辨扩散序谱（DOSY）方法,并探究了空间层选方法在混合物分离和成分分析上的应用前景。该方法适用于非理想磁场状况下的复杂混合物分析,促进对复杂混合物体系的分子动力学分析。首次将纯化学位移DOSY谱技术和电化学联用起来,并应用于观测混合醇的电氧化过程,探究了纯空间层选化学位移扩散序谱技术监测原位电化学反应方面的潜力。五、进一步探索了空间层选方法在原位电化学研究中的应用。通过引入空间层选模块,发展了基于空间层选的一维谱及其二维谱方法,以提供对不利实验条件的鲁棒性,促进后续的定量评估,从而适用于复杂燃料电池的电化学研究。多碳醇电氧化的实验结果表明其实时监测电化学过程的能力。因此,空间层选方法或可作为常规NMR的补充,为原位电化学研究提供新的可能。