Preskočiť na obsah

Nukleárna magnetická rezonancia

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
(Presmerované z NMR)
Bruker 700 MHz spektrometer na nukleárnu magnetickú rezonanciu (NMR).

Nukleárna magnetická rezonancia (NMR) alebo jadrová magnetická rezonancia (JMR) je fyzikálna metóda, ktorá sa používa na určenie štruktúry chemických látok.[1] NMR využíva magnetické vlastnosti atómových jadier niektorých izotopov.[2] Podobnou metódou je elektrónová paramagnetická rezonancia (EPR), ktorá využíva spin elektrónov.

Dnes sú tradičné metódy NMR spektroskopie nepostrádateľnou pomôckou syntetického chemika pri sledovaní priebehu reakcií a overovaní štruktúry produktov. Špeciálne časovo náročnejšie techniky umožňujú riešiť štruktúry aj veľmi komplikovaných zlúčenín, napr. sekundárne a terciárne štruktúry biopolymérov, a študovať interakcie medzi nimi.[3] Obrovskou výhodou NMR spektroskopie biomolekúl je, že môžeme zisťovať ich trojdimenzionálnu štruktúru za „fyziologických“ podmienok (v roztoku s určitým pH, teplotou, iónovou silou). Pomocou MR tomografie sú dnes už bežne študované tkanivá a orgány v ľudskom tele. NMR spektroskopia našla tiež široké uplatnenie v materiálovej chémii, farmaceutickom priemysle a vo fyzike pevných látok.[4]

Jadrový spin

[upraviť | upraviť zdroj]

Z hľadiska NMR môžeme atómové jadrá jednotlivých izotopov rozdeliť na tri skupiny podľa ich hodnoty spinového kvantového čísla (často nazývaného jadrový spin alebo len spin).[5]

Jadrá s nulovým jadrovým spinom (I = 0)

[upraviť | upraviť zdroj]

Patria sem jadrá s párnym počtom protónov i neutrónov, ako napr. 12C, 16O, 32S. Tieto jadrá nemajú jadrový magnetický moment a nie sú v NMR spektroskopii pozorovateľné ani nijako neovplyvňujú spektrá iných izotopov.[5]

Jadrá s polovičným jadrovým spinom (I = 1/2)

[upraviť | upraviť zdroj]

Tieto jadrá majú jadrový magnetický moment a sú ľahko merateľné. Príkladom je protón, 1H, ktorý má vysoké prírodné zastúpenie a je najbežnejšie meraným jadrom. Uhlík 13C predstavuje ďalšie často merané jadro. Má nižšiu citlivosť a zároveň nízke prírodné zastúpenie (1,11%), takže jeho signály sú zhruba 5700× slabšie ako signály 1H. Ďalšie jadrá so spinom 1/2 sú napríklad 15N, 19F, 31P.[5] Výhodou meraní prvkov 19F a 31P je, že sú to monoizotopické prvky.

Jadrá s jadrovým spinom vyšším než 1/2 (I > 1/2)

[upraviť | upraviť zdroj]

Tieto jadrá majú okrem jadrového magnetického momentu aj kvadrupolový moment a sú veľmi často ťažko merateľné. Jadrá s nepárnym nukleónovým číslom (súčet počtu protónov a neutrónov) majú poločíselné spinové kvantové čísla (1/2, 3/2, 5/2…). Jadrá s párnym nukleónovým číslom a nepárnym počtom protónov majú celočíselné spinové kvantové čísla (1, 2, 3…).[5]

Nobelove ceny za NMR

[upraviť | upraviť zdroj]

O význame nukleárnej magnetickej rezonancie svedčí aj niekoľko Nobelových cien udelených v tejto oblasti. V roku 1943 získal Nobelovu cenu za fyziku Otto Stern za objav magnetického momentu protónu.[6] V roku 1944 získal Nobelovu cenu za fyziku Isidor Isaac Rabi za jeho rezonančnú metódu na zistenie magnetických vlastností atómových jadier.[7] V roku 1952 získali Nobelovu cenu za fyziku Felix Bloch a Edward Mills Purcell za rozvoj nových metód na presné meranie jadrového magnetizmu a prvú detekciu NMR signálu.[8] V roku 1991 získal Nobelovu cenu za chémiu Richard R. Ernst za jeho príspevok k rozvoju nukleárnej magnetickej rezonancie s vysokým rozlíšením, zavedenie pulzných techník merania a použitia Fourierovej transformácie a zavedenie dvojdimenzionálnych NMR techník.[9] V roku 2002 získal Nobelovu cenu za chémiu Kurt Wüthrich za vývoj NMR ako metódy umožňujúcej určenie trojrozmernej štruktúry biologických makromolekúl v roztoku.[10] V roku 2003 získali Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu Paul C. Lauterbur a Peter Mansfield za vypracovanie metódy zobrazovania magnetickou rezonanciou.[11]

Referencie

[upraviť | upraviť zdroj]
  1. ↑ jadrová magnetická rezonancia. In: BÍNA, Jaroslav. Malá encyklopédia chémie. 3. vyd. Bratislava : Obzor, 1981. S. 352.
  2. ↑ DRAČÍNSKY, Martin. NMR spektroskopie pro chemiky. 1.. vyd. Praha : Univerzita Karlova. Přírodovědecká fakulta. Knihovna chemie, 2021. ISBN 978-80-7444-085-4.
  3. ↑ CHARY, Kandala V. R.; GOVIL, Girjesh; CHARY, K. V. R.. NMR in biological systems: from molecules to humans. Dordrecht, [Heidelberg] : Springer, 2008. (Focus on structural biology.) ISBN 978-1-4020-6679-5.
  4. ↑ New techniques in solid-state NMR. Berlin Heidelberg : Springer, 2005. (Topics in current chemistry.) ISBN 978-3-540-22168-5.
  5. ↑ a b c d VACÍK, Jiří. Obecná chemie. 2.. vyd. Praha : Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova, 2017. ISBN 978-80-7563-590-7.
  6. ↑ The Nobel Prize in Physics 1943 [online]. NobelPrize.org, [cit. 2023-12-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  7. ↑ The Nobel Prize in Physics 1944 [online]. NobelPrize.org, [cit. 2023-12-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  8. ↑ The Nobel Prize in Physics 1952 [online]. NobelPrize.org, [cit. 2023-12-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  9. ↑ The Nobel Prize in Chemistry 1991 [online]. NobelPrize.org, [cit. 2023-12-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  10. ↑ The Nobel Prize in Chemistry 2002 [online]. NobelPrize.org, [cit. 2023-12-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  11. ↑ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2003 [online]. NobelPrize.org, [cit. 2023-12-13]. Dostupné online. (po anglicky)
Zdroj: „https://sk.wikipedia.org/w/index.php?title=Nukleárna_magnetická_rezonancia&oldid=7757951“