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핵자기 공명 분광법(-NMR)

NMR 분광법의 소개
유기 구조를 결정하기 위해서는 대표적으로 두 종류의 NMR 기법이 사용되고 있다.
NMR(양성자 NMR)은 분자 내의 존재하는 양성자의 종류와 수를 알아내는 데 사용된다.
NMR(탄소 NMR)은 분자 내에 탄소의 종류와 수를 알아내는 데 사용된다.
유기 화합물의 구조를 결정하기 위해서는 NMR 활용법을 공부하기 전에 이방법의 기초를 이루고 있는 물리에 대해서 조금 이해하여야 한다. 그러나 NMR 역시 근본적으로 다른 분광법과 같은 원리에 의해서 나타나는 현상이다. 즉 에너지가 분자와 상호작용을 일으켜 오직 두 에너지 상태의 차이에 해당하는 에너지만이 분자에 흡수되는 원리에 의하여 NMR 현상도 나타나는 것이다.

NMR 분광법의 기초
NMR에서 에너지 공급원은 라이도파이다. 전자기 스펙트럼 중 라디오파 영역의 파(흔히 RF라고 한다)는 상당히 긴 파장을 가지고 있고 따라서 진동수와 에너지는 상대적으로 매우 낮은 편에 속한다. 이정도의 낮은 에너지를 가진 라디오파가 분자와 만나면 를 비롯한 몇 가지 원자 핵의 스핀 상태를 변화시킨다.
양성자처럼 전하를 띤 입자가 내부에 축을 따라 회전하면 자기장을 일으킨다. 따라서 원자핵을 작은 막대자석처럼 생각하여로 표시하면서 이 부분을 공부하기로 하자. 통상적으로 막대자석은 공간에서 무질서하게 배열되어 있지만 외부 자기장 가 걸리게 되면 이 자기장에 같거나 반대 되는 방향으로 배열된다. 자기장의 방향과 같도록 배열되는 상태의 에너지가 외부 자기장과 반대로 배열되는 상태의 에너지보다 더욱 낮기 때문이다. 이 두 상태의 에너지 차이는 매우 작다(`0.4J/mol)

자기장 속에서 양성자는 두 에너지 상태로 존재하게 된다.
핵이 외부 자기장 와 같은 방향으로 놓여 있는 낮은 에너지 상태
핵이 외부 자기장 와 반대 방향으로 놓여 있는 높은 에너지 상태
두 에너지 상태의 차이에 해당하는 어떤 형테의 에너지()가 외부에서 주어지면 에너지가 흡수되면서 핵의 스핀이 한 방향에서 다른 방향으로 뒤집어지는(spin flip) 일이 일어난다. 핵 스핀에 존재하는 이 두 에너지 상태의 차이는 매우 작아서 전자기 스펙트럼 중 낮은 진동수의 라디오파(RF)에 해당한다.

핵이 RF를 받아 스핀이 뒤집히면서” 높은 에너지 상태로 전이하는 상황을 공명 (resonance)을 일으킨다고 한다…(생략)
 

        
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