핵자기공명 (NMR, Nuclear Magnetic Resonance)

외부의 자기장 (magnetic field)에 놓인 원자핵이 고유의 주파수의 전자파와 상호작용하는 현상이다. 이 고유의 주파수가 분자내에서 그 원자의 환경에 의해 미세하게 변화하는 것을 이용하여 물질을 분석하는 방법을 핵자기공명분광법 라고 부른다.

원자번호와 질량수가 모두 짝수가 아닌 원자핵은 0이 아닌 핵스핀양자수I 자기쌍극자모멘트를 가지는데 그 원자는 작은 자석으로 간주할 수 있다. 자석에 대해 자기장을 걸면 자석은 자기장 벡터의 주위를 일정 주파수에 세차 운동 한다. 원자핵도 마찬가지로 자기쌍극자모멘트가 세차 운동을 일으킨다. 이 원자핵의 자기쌍극자모멘트의 세차운동 주파수는 라모아주파수 (Larmor frequency)라고 불린다. 이 원자핵에 대해 라모아주파수와 같은 주파수에 회전하는 회전 자기장을 걸면 자장과 원자핵의 사이에 공명이 일어난다. 이 공명 현상이 핵자기공명 (Nuclear Magnetic Resonance, NMR )이라고 불린다.

자기장중에 놓인 원자핵은 제만효과에 의해 자기장의 강도에 비례하여, 일정한 에너지 차이를 가진 2I+1 개의 에너지 상태를 얻는다. 이 에너지의 차이는 정확히 주파수가 라모아주파수의 광자를 갖는 에너지와 일치한다. 그때문에 공명시에 있어서 전자파의 흡수 혹은 방출이 일어나고, 이것에 의해 공명 현상을 검지할 수 있다.

핵자기공명은 발견 당초에는 원자핵의 내부 구조를 연구하기 위한 실험적 수단이라고 생각되었다. 그러나, 이후에 원자핵의 라모아주파수가 그 원자의 화학결합상태 등에 의해서 미세하게 변화하는 것(화학 쉬프트)이 발견되었다. 이것에 의해 핵자기공명을 물질의 분석, 동정의 수단으로서 사용하는 것이 고안되었다. 핵자기공명에 의한 spectre를 얻는 분광법핵자기공명 분광법 (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy)라고 부른다. 핵자기공명 분광법도 간단히 NMR로 약칭한다.

핵자기공명에 있어서 공명완화시간은 그 원자핵이 속하는 분자의 운동 상태를 반영한다. 생체를 구성하고 있는 주요 분자는 이지만, 물분자의 운동은 그 물분자가 체액중인 것인지 장기안인 것인지에 의해 다르다. 따라서 이것을 이용해 체내의 장기의 형상을 아는 것이 가능하다. 이것을 컴퓨터 단층 촬영법에 응용한 방법이 핵자기공명화상법 (MRI)이다.

원자의 구성: 전자 + 핵 (핵은 양성자와 중성자로 구성),
cf) 원자번호 = 전자수 = 양성자수
    질량수 = 중성자수 + 양성자수
     동위원소 = 원자번호(=양성자수=전자수)는 같으나 중성자수가 달라서 질량수가 다른 두 원소

자기쌍극자 [磁氣雙極子, magnetic dipole]:  크기가 미세하여 원자구성입자 정도의 크기를 갖는 소형의 자석.

자기쌍극자모멘트 (magnetic moment or magnetic dipole moment ) : 자기쌍극자의 세기는 자기쌍극자 모멘트로 주어지는데, 이것은 어떤 자기장이 주어졌을 때 나란하게 정렬하는 능력을 나타낸다.
Posted by 바이오매니아