(avagy mi az NMR spektroszkópia?)

A nukleáris mágneses rezonanciát (NMR) először 1945 végén figyelték meg kísérletileg, szinte egy időben Felix Bloch kutatócsoportja a Stanford Egyetemen és Edward Purcell a Harvard Egyetemen. Az első NMR-spektrumokat a Physical Review 1946. januári számában publikálták először. Bloch és Purcell 1952-ben közösen kapták meg a fizikai Nobel-díjat a nukleáris mágneses rezonancia spektroszkópia felfedezéséért.

Az NMR jelenség bizonyos atomizotópok atommagjainak statikus mágneses térrel való kölcsönhatásán alapul. Ez a mágneses tér hatására az atommag lehetséges spin-állapotai energiájukban különböznek egymástól, és az NMR-technikák segítségével a spin-állapotok között megfigyelhető átmeneteket lehet létrehozni. Gyakori NMR-aktív atommagok az 1H, 13C, 31P, 15N, 29Si és még sok más. Szinte minden elemnek van legalább egy olyan izotópja, amely NMR-aktív.

Az NMR-spektroszkópia azóta a kémikusok, fizikusok és molekuláris biológusok számára a molekulaszerkezet meghatározásának, a molekuladinamika vizsgálatának és az anyagok molekuláris szintű jellemzésének nélkülözhetetlen eszközévé vált. Az első évtizedekben a kutatók az NMR-aktív atommagok egydimenziós NMR-spektrumaira támaszkodtak. Ezek a spektrumok egy frekvenciatengellyel rendelkeznek, és az elemzés a kémiailag nem egyenértékű atommagok közötti relatív frekvenciaeltolódásokra, valamint a csúcsok relatív integrált intenzitásainak különbségére támaszkodik. Az 1970-es években fedezték fel a kétdimenziós NMR-t, amely gyorsan fejlesztette az NMR-t a molekulaszerkezeti meghatározás mai hatékony eszközévé. A kétdimenziós NMR-spektrumoknak két frekvenciatengelye van, amelyek megfelelhetnek hasonló magoknak (pl. 1H-1H) vagy különböző magoknak (pl. 1H-13C), és egy harmadik dimenzió a csúcsok intenzitása. Újabban olyan NMR-kísérleteket fejlesztettek ki, amelyek három, négy, sőt öt dimenzióban is tartalmaznak információt. Az NMR-nek a molekulaszerkezet megvilágítására szolgáló ereje szinte határtalannak tűnik. Az NMR jelentőségét a tudományos közösség számára szemléltetik az 1991-ben R. R. Ernstnek (kémia), 2002-ben K. Wütrichnek (kémia) és 2003-ban P. Lauterbur & P. Mansfieldnek (orvostudomány) odaítélt Nobel-díjak.

Az NMR hasznossága abból a tényből ered, hogy a kémiailag különböző atommagok rezonanciafrekvenciája ugyanabban a mágneses térben eltérő. Ezt a jelenséget kémiai eltolódásnak nevezik. Ezenkívül a rezonanciafrekvenciákat a szomszédos NMR-aktív atommagok létezése zavarja, az atommagokat összekötő kötőelektronoktól függő módon. Ezt nevezzük spin-spin vagy “J” csatolásnak. A spin-spin csatolás lehetővé teszi a molekula atomjai közötti kapcsolatok azonosítását az őket összekötő kötéseken keresztül. A csúcsok intenzitásából származó mennyiségi információk felhasználásának képességével kombinálva nagyon pontosan meg lehet határozni, hogy az atomok hogyan kapcsolódnak össze egy egyedi molekulaszerkezet kialakításához.

Egy példa arra, hogy az NMR-spektrumok hogyan használhatók egy közönséges molekula szerkezetének azonosítására

Tudjon meg többet a Boulder-i Colorado Egyetemen rendelkezésre álló NMR-műszerekről

.