(eller, Vad är NMR-spektroskopi?)

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) observerades för första gången experimentellt i slutet av 1945, nästan samtidigt av forskargrupperna Felix Bloch vid Stanford University och Edward Purcell vid Harvard University. De första NMR-spektren publicerades för första gången i samma nummer av Physical Review i januari 1946. Bloch och Purcell tilldelades tillsammans Nobelpriset i fysik 1952 för sin upptäckt av kärnmagnetisk resonansspektroskopi.

NMR-fenomenet bygger på växelverkan mellan atomkärnorna i vissa atomisotoper och ett statiskt magnetfält. Detta magnetfält gör att kärnans möjliga spinntillstånd skiljer sig åt i energi, och med hjälp av NMR-tekniker kan man få spinntillstånden att skapa observerbara övergångar mellan spinntillstånden. Vanliga NMR-aktiva kärnor är 1H, 13C, 31P, 15N, 29Si och många fler. Nästan varje grundämne har minst en isotop som är NMR-aktiv.

Sedan dess har NMR-spektroskopi blivit ett oumbärligt verktyg för bestämning av molekylär struktur, studier av molekylär dynamik och karakterisering av material på molekylär nivå av kemister, fysiker och molekylärbiologer. Under de första decennierna förlitade sig forskarna på endimensionella NMR-spektra av NMR-aktiva kärnor. Dessa spektra har en frekvensaxel och analysen bygger på de relativa frekvensförskjutningarna mellan kemiskt oekvivalenta kärnor i kombination med skillnaden i de relativa integrerade intensiteterna hos topparna. Under 1970-talet upptäcktes tvådimensionell NMR och NMR utvecklades snabbt till det kraftfulla verktyg som det är idag för molekylär strukturbestämning. Tvådimensionella NMR-spektra har två frekvensaxlar, som kan motsvara likadana kärnor (t.ex. 1H-1H) eller olika kärnor (t.ex. 1H-13C), och en tredje dimension av toppintensitet. På senare tid har NMR-experiment utvecklats som innehåller information i tre, fyra och till och med fem dimensioner. NMR:s förmåga att belysa molekylär struktur verkar nästan obegränsad. NMR:s betydelse för forskarsamhället illustreras av de efterföljande Nobelpriser som tilldelades R.R. Ernst 1991 (kemi), K. Wütrich 2002 (kemi) och P. Lauterbur & P. Mansfield 2003 (medicin).

Nyttan av NMR härstammar från det faktum att kemiskt skilda atomkärnor skiljer sig åt i resonansfrekvens i samma magnetfält. Detta fenomen är känt som det kemiska skiftet. Dessutom störs resonansfrekvenserna av förekomsten av angränsande NMR-aktiva kärnor, på ett sätt som beror på de bindningselektroner som förbinder kärnorna. Detta kallas spin-spin- eller J-koppling. Spin-spin-koppling gör det möjligt att identifiera kopplingar mellan atomer i en molekyl genom de bindningar som förbinder dem. I kombination med förmågan att använda kvantitativ information från topparnas intensitet kan man mycket noggrant bestämma hur atomerna kombineras för att bilda en unik molekylstruktur.

Ett exempel på hur NMR-spektra kan användas för att identifiera strukturen hos en vanlig molekyl

Lär dig mer om de NMR-instrument som finns tillgängliga vid University of Colorado at Boulder

.