Nukleárna magnetická rezonancia

Nukleárna magnetická rezonancia (NMR) alebo jadrová magnetická rezonancia (JMR) je fyzikálna metóda, ktorá sa používa na určenie štruktúry chemických látok. NMR využíva magnetické vlastnosti atómových jadier niektorých izotopov. 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. 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.
Jadrový spin.
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).
Jadrá s nulovým jadrovým spinom (I = 0).
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.
Jadrá s polovičným jadrovým spinom (I = 1/2).
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. Výhodou meraní prvkov 19F a 31P je, že sú to monoizotopické prvky.
Jadrá s jadrovým spinom vyšším než 1/2 (I &gt; 1/2).
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…).
Nobelove ceny za NMR.
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. V roku 1944 získal Nobelovu cenu za fyziku Isidor Isaac Rabi za jeho rezonančnú metódu na zistenie magnetických vlastností atómových jadier. 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. 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. V roku 2002 získal Nobelovu cenu za chémiu Kurt Wüthrich za vývoj NMR ako metódy umožňujúcej určenie trojrozmernej štruktúry biologických makromolekúl v roztoku. V roku 2003 získali Nobelovu cenu za fyziológiu a medicínu Paul C. Lauterbur a Peter Mansfield za vypracovanie metódy zobrazovania magnetickou rezonanciou.