NMR分光法の概要

Aimee O'Driscoll は理学士、MBA であり、開発化学者として 10 年の経験があり、ベテランのサイエンス ライターです。 彼女への連絡先は、[email protected] です。

核磁気共鳴 (NMR) 分光法を使用すると、磁場に対する原子核の応答を測定することで、科学者は分子の構造、特性、ダイナミクスを研究できます。 非侵襲的であり、医療、製薬、食品、環境、エネルギーなどの幅広い分野で広く使用されています。 この多用途な分析技術は急速に進歩しており、さまざまなクロマトグラフィー法と組み合わせることでその有効性が高まることがよくあります。

NMR 分光法は、特定の原子核が核回転の結果として小さな磁石のように振る舞うという発見に基づいています。 印加された磁場に置かれると、これらの原子核は磁場に対して平行または逆平行に整列します。 この配列を変化させるのに必要なエネルギーは磁場の強さに比例します。

NMR 分光計は、磁石、高周波 (RF) 送信機、および RF 受信機の 3 つの主要部分で構成されます。 サンプルはチューブまたはプローブに入れられ、磁石に挿入されます。 磁石は安定した均一な磁場を生成し、これによりサンプル核が特定の方向に整列します。 RF 送信機は原子核を励起し、原子核の配列を反転させるパルスを生成します。 元の配列に戻る際、原子核は電磁放射を放出し、これが RF 受信機によって検出され、NMR スペクトルに変換されます。

NMR スペクトルは、RF 周波数に対する信号強度をプロットします。 ピークに対応する RF 周波数と基準周波数の差は、化学シフトとして知られています。 各ピークは特定の核に対応し、化学シフトにより、核とその化学的環境、たとえば核が関与する結合の種類や核を取り囲む溶媒などを特定することができます。

NMR 分光法では、構成原子の移動度や化学反応速度など、化合物の動力学に関する情報も明らかになります。 これらの発見には、原子核が緩和して元の配列に戻る速度を決定する緩和測定や、異なる原子核間の相互作用を測定する核オーバーハウザー効果の研究などの技術が必要です。

NMR 分光法には幅広い用途があります。 一般的な用途には、薬物、タンパク質、核酸、その他の分子の構造を決定したり、化学反応のダイナミクスを研究したりすることが含まれます。 また、NMR 分光法は原子の化学環境に関する情報を提供するため、触媒プロセスの研究に役立ちます。 この技術は、広く使用されている診断ツールである磁気共鳴画像法 (MRI) の基礎としても機能します。 一方、材料科学者は NMR 分光法を使用して、ポリマーやセラミックなどの特性や構造を調査します。

すべての技術と同様、NMR 分光法にも限界があります。 主に、奇数の陽子または中性子を含む原子核の測定に限定されますが、炭素 13 や窒素 15 などの検出可能な同位体をサンプルに濃縮することもできます。 さらに、NMR 分光法は感度が比較的低く、実験には費用と時間がかかる場合があります。

では、この分析手法を使用することの他の手法と比較した主な利点は何でしょうか? NMR 分光法は、1 回の実行で定性的および定量的データを提供できます。 さらに、この技術は非破壊的であり、さまざまな種類のサンプルを処理でき、必要なサンプル前処理は最小限です。 また、再現性も高く、高レベルの自動化の機会を提供します。 全体として、これは多くの分野で極めて重要な洞察を提供する強力な手法です。