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核磁氣 共鳴 (核磁氣共鳴, nuclear magnetic resonance , 弱者 NMR)은 磁氣場 속에 놓인 原子核 이 特定 周波數 의 電磁氣波 와 公明 하는 現象이다.

核磁氣 공명은 分子의 物理·化學·電氣的 性質을 알아내기 위한 分子 분광법 의 一種으로 使用되고, 또한 醫學에서 人體 內의 組織을 磁氣共鳴映像 을 통해 觀察하기 위해 使用된다. 뿐만 아니라, 核磁氣 공명은 未來의 兩者 컴퓨터 의 開發 過程에도 使用되고 있다.

原理 [ 編輯 ]

前者가 스핀을 가지고 있는 것과 마찬가지로 어떤 核들도 스핀을 가지고 있다. 外部의 磁氣場이 存在하지 않는 境遇 核 스핀은 無作爲로 整列된 狀態이다. 外部에서 磁氣場을 걸어주면 誘導磁氣場이 생기는데, 이때 核 스핀은 外部 磁氣場과 같거나 反對의 方向으로 整列된다. 外部 磁氣場과 같은 方向으로 整列될 境遇 에너지 準位가 낮아지며, 反對 方向으로 整列될 境遇 에너지 準位가 높아진다. 旣存 에너지 準位에서 높아지거나 낮아지는 에너지의 程度는 이 境遇 서로 같다.

이때 라디오파 程度의 周波數를 外部에서 에너지로 提供해 주면 核의 스핀은 에너지를 받아서 外部 磁氣場에 正反對 方向으로 스핀 狀態를 변화시킬 수 있다. 化合物에서 各各의 原子가 가지고 있는 核 스핀의 强度가 다르기 때문에 같은 세기의 磁氣場을 걸어 줘도 吸收하는 周波數가 다르다. 따라서 NMR에서 吸收하는 周波數를 測定함으로써 어떤 原子가 存在하는지 推論할 수 있다.

이때 分析할 수 있는 原子의 種類는 限定되어 있는데, 分析하는 原子의 스핀 量子數가 磁氣場을 걸었을 때 에너지 差異가 存在하는 形態의 스핀 量子數 形態를 가져야 한다. 例를 들면 原子量 12의 炭素(12C)는 磁氣場을 걸어도 에너지 差異가 存在하지 않기 때문에 分析할 수 없게 된다.

共鳴 分光 分析機 [ 編輯 ]

NMR Spectrometer은 Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer의 略字로 分析하고자 하는 試料의 原子核의 回轉을 RF(라디오 周波數) 共鳴을 통하여 測定하는 分光 分析機이다.

一般的으로 分光 分析機라 함은 빛을 利用한 分析裝備를 總稱한다. 빛은 波形의 길이에 따라 그 成分과 에너지의 크기가 다르다.

分光 分析機(Spectrometer)中 이 빛의 種類에 따라 다양한 裝備가 있다.(예를 들어 UV-Vis Spectrophotometer, IR spectrometer, X-ray spectrometers 等) 이 中에서 NMR은 波長이 긴 RF(radio frequency)를 使用하며 波長의 길이는 에너지와 反比例하여 에너지가 낮은 빛을 使用하는 分析裝備이다. 에너지가 낮은 빛을 使用하는 點은 NMR이 다른 裝備에 비해 感度가 낮은 하나의 理由이다.

빛의 種類에 따라 測定 試料의 原子 또는 分子의 運動의 種類가 다르다. 分光 分析 裝備는 試料에 빛을 注射하게 되고 試料는 그 빛을 特定 固有의 物性에 따라 양자화된 에너지를 吸收하게 된다. 빛 또한 하나의 에너지 形態이므로 吸收된 에너지는 試料의 原子 또는 分子를 不安定한 狀態로 만들고 安定化하려는 方向으로 에너지를 放出하게 되며 에너지 放出過程에서 빛의 種類에 따라 運動의 形態가 다르다.

라디오 파는 原子의 核의 回轉 轉移를 일으키며 이때 共鳴의 形態로 特定 周波數에 反應한다.

分光 分析器의 構造 [ 編輯 ]

NMR은 크게 Console. Magnet, probe로 나누며 이中 (1) Console은 RF(라디오 波)를 實驗에 알맞은 形態의 波形으로 만들어주어 測定 試料에 注射하고 檢出하는 NMR 運營에 總 過程을 統制하며 制御하는 Main 裝置에 屬한다. (2) Magnet은 測定 試料의 磁場의 環境을 造成하는 役割을 한다. (3) Probe는 試料를 磁場의 環境에 놓이도록 하며 Console로부터 RF 펄스의 命令 받아 注射하고 檢出하는 役割을 한다.

Console에서 RF 파를 만들어 Probe를 통하여 測定 試料에 注射하게 되고 吸收된 RF는 다시 放出하여 Probe의 코일을 통하여 Console에 보내준다. 受信된 情報를 Console은 여러 過程을 거쳐 푸리에 變換 하여 使用者에게 스펙트럼 形態로 보여준다.

1H-NMR [ 編輯 ]

NMR 分光 分析은 主로 여러 有機 化合物의 分析과 化合物의 合成 確認을 위해 使用된다. 이때 가장 大衆的으로 使用되는 分析이 바로 水素 原子의 spin 共鳴을 통해 水素 原子를 分析하는 1H-NMR이다. 이때 水素는 가장 基本的인 原子爐 大部分의 有機 分子에 包含되어 있기 때문에 가장 大衆的으로 使用된다. 水素의 核磁氣 共鳴 分光을 통해 水素 原子가 어떤 原子와 結合을 하고 있는지, 나아가 어떤 作用期에 包含되어 있는지, 空間的 配列은 어떤지에 對해 알 수 있다. 이때 1H-NMR을 使用할 詩 分析하고자 하는 物質을 녹인 solvent에 存在하고 있는 水素 原子 亦是 함께 分析되기 때문에, 이를 防止하기 爲해서, 1H-NMR의 分析을 할 때는 solvent 內의 모든 水素를 重水素로 代替한 deuterated된 solvent를 利用한다.

2次元 NMR (2D-NMR) [ 編輯 ]

化學, 그 中에서도 有機化學 에서는 이른 時期에 NMR 技術을 받아들여 有機分子의 構造를 決定하는데 革新的인 變化를 불러왔다. 有機化學에서는 一般的으로는 1次元 NMR을 利用하지만, 分析하려는 分子의 規模가 커지고 構造가 複雜해지면, 더 많은 情報를 얻어내기 위해 2次元 NMR을 使用하기도 한다. 2次元 NMR에는 COSY , NOESY , HMBC , HSQC 와 같은 다양한 種類가 있어, 狀況에 따라 必要한 方法을 골라 使用한다.

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