Nükleer magnetik rezonans (NMR), dış magnetik
alanda nükleer spini sıfır olmayan bir atomla bir substans tarafından
elektromagnetik dalgaların radyo frekansının rezonans absorbsiyonudur.
NMR, bir atomik çekirdeğin magnetik momentinin (m) bir dış magnetik
alanla (B0) etkileşiminden meydana gelen magnetik rezonansın
izlenmesinde radyo dalgalarının kullanıldığı bir spektroskopik tekniktir. Kuvantum
mekaniği yönünden tek kütle veya tek atomik numaralı bir çekirdeğin “nükleer
spin”i vardır. Çekirdeğin her spini farklıdır; bu durum, NMR deneylerinin, özel
bir elementin sadece özel bir izotopu için hassas olması sonucunu yaratır.
Sabit bir magnetik alanda nükleer spini sıfır olmayan çekirdekler enerji
seviyelerine (Zeeman etkisi, Şekil) ayrılır. Ayrılma enerjisini, ve dolayısıyla
rezonant frekansını, atomik çekirdeğin yapısı, elektronik ortam, intramoleküler
(moleküller arası) ve intermoleküler (molekül içi) etkileşimler belirler. 1H,
13C, 15N, 19F, 29Si, 31P,
rezonansın gözlenebileceği çekiredeklere tipik örneklerdir.
Nükleer magnetik rezonans, NMR spektroskopi ve magnetik rezonans
görüntüleme (MRI) yöntemlerinin temelidir. Bu metotlarda analiz edilen örnek
kuvvetli bir magnetik alana (MRI’da 7 T, NMR’da 22 T’ye kadar) konulur. Metotların uygulanmasındaki ana zorluk,
örnekleri ferromanyetizma ile analiz etmektir.
NMR spectroskopi, çeşitli substanslaın moleküler ve supramoleküler
yapılarının tayini için kullanılan önemli bir metottur. Malzeme aralığı çok
geniştir; sıfır olmayan nükleer spinli çekirdekler içeren inorganik, organik ve
biyoorganik maddeleri kapsar. NMR spektroskopisi, sıvı hal (sıvı veya çözünmüş
numuneler) ve katı hal (katı, viskoz ve daha düşük moleküler ve atomik
mobiliteye sahip diğer numuneler) olabilir.
Sıvı NMR spektroskopisi, çeşitli organik ve biyoorganik bileşiklerin
analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır, çünkü yüksek çözünürlüklü
spektrumları elde etmeyi kolaylaştırır. En yaygın olarak kullanılan sıvı NMR
spektroskopisi, en sık görülen ve hassas çekirdeklerden biri olduğu için, 1H
bazlıdır (proton manyetik rezonans veya PMR). 19F, 13C, 15N
(ve diğer bazıları) bazlı sıvı
NMR spektroskopisinin kullanımı biraz daha azdır. Katı hal NMR spektroskopi,
analitik bir yöntem olarak, özel hardware (MAS - magic angle spinning)
sonrasında uygulanmaya başlanmış; katı ve viskoz örneklerin yüksek çözünürlüklü
spektrumlarının alınmasını sağlayan spektral yöntemler geliştirilmiştir. Genel olarak, katı hal NMR spektroskopisi,
sıvı hale kıyasla daha düşük bir çözünürlüğe sahiptir, ancak numune
seyreltilmediğinden çok daha hassastır. En sık kullanılan katı hal NMR spektroskopisi,
3C, 15N, 19F, 31P, 29Si,
27Al, v.s. bazlıdır; çekirdekler arasındaki güçlü dipol-dipol
etkileşimlerinden dolayı 1H NMR spektroskopiden daha
yüksek-çözünürlüklü spektrum elde edilmesi zordur.
Nanoteknolojide
çeşitli malzemelerin incelenmesinde NMR tekniği kullanılır; kompozitler,
seramikler, polimerler, heterojen katalizörler, biyolojik malzemeler, v.s.
gibi. NMR metodu malzemelerdeki iç kusurları saptamada, faz geçişleri, kimyasal
reaksiyonlar gibi çeşitli dinamik prosesleri incelemede kullanılabilir.
Bir magnetik alanda, nükleer spin I = ½ olduğunda, çekirdek
enerjilerin Zeeman bölünmesi (spliting)
