NMR
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)_Complete_and_Semesters_I_and_II/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)/12%3A_Nuclear_Magnetic_Resonance_Spectroscopy
プロトン=水素原子核(NMRの文脈での用語)
1H = 原子核が陽子のみの水素
2H = D = 重水素 = 原子核が中性子1個+陽子1個
電子には大きさがない(点粒子、素粒子)
原子核の回転という言い方もおかしい?
古典的な回転はしてないかもしれないが、2種類のスピン角運動量と、それによる磁場を持っている、とか?
共鳴スペクトル(エネルギーを与えた時の動き)、緩和時間(エネルギーを放出するときの動き)を測定する
外部磁場Bをかけると任意の方向だったのが、2種類の方向に揃う(Bの方向、-Bの方向)
(なんでBに従う一種類にならないんだ…?と思いつつ)
-Bの方向を向いてるやつはエネルギーが高い。ゼーマン分裂
エネルギーを与えるとB→-Bに方向転換する。核磁気共鳴
エネルギー差(=与える光の波長)はちょうどBから-Bへのエネルギー差でなくてはいけないので、対応する波長の光だけが吸収されて、構造を特定できる
化学シフト
各プロトンのスピンを転換がするにはそれぞれに合ったエネルギーを与える必要がある。E= hbar * ωなので周波数ωを横軸にとればいいのでは?
しかしゼーマン分裂として生じているエネルギー差は外部磁場(というか磁束密度)Bの大きさに依存する。
https://gyazo.com/fa9c01161a51519731818d7c4e27cc03 (ChatGPT)
Bは装置の持つ磁石(単位:T)によって異なるので、その差異をなくすために化学シフトで表現する。
測定によって得られたピークの位置は、そのままの周波数の値で表すと磁場の強度に依存してしまうため、基準物質からの周波数差を磁場の強度で割った、化学シフト δ で表す(δ = (吸収のあった電磁波の周波数 − 基準物質の吸収周波数)/(磁場の強度) )。化学シフトは普通数–数百ヘルツであるのに対し、一般的なNMR装置の磁場強度は数百メガヘルツなので、δの値はppmで表す。
https://ja.wikipedia.org/wiki/核磁気共鳴分光法#NMRスペクトルの解釈
chemical shelding
https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)_Complete_and_Semesters_I_and_II/Map%3A_Organic_Chemistry_(Wade)/12%3A_Nuclear_Magnetic_Resonance_Spectroscopy/12.02%3A_NMR_Spectra_-_an_introduction_and_overview の Diamagnetic shielding and deshielding がわかりやすい
それぞれのプロトン自体は同じだが、周囲にどんな原子があるかによって、電子の状態が影響されるので、それによってプロトン周囲の実効的な磁場が変化する
電子に囲われていると外部磁場を弱める方向に磁場が発生して、プロトンが感じる実効的な磁場が弱くなる(これをshieldingという)
弱める方向に発生するというのは電磁誘導っぽいが、それとはまた違うメカニズムなんだろうな?わからん
遮蔽される割合を遮蔽定数 $ \sigma で表すこともある. Bが遮蔽されて (1-σ)B を感じる
https://ja.wikipedia.org/wiki/化学シフト
電気陰性度が大きい分子(Fとか)が周囲にいると、それが電子を惹きつけて(deshieldingという)プロトン周りの電子密度が低くなるので、プロトンはより強い磁場を感じる(→ゼーマン分裂が大きくなる)
NMRの応用がMRI
https://ja.wikipedia.org/wiki/プロトン核磁気共鳴