소개글
"화학 물리화학 핵자기공명분광법 NMR"에 대한 내용입니다.
목차
1. 핵자기공명분광법(NMR)
1.1. 핵자기공명의 정의와 원리
1.2. 핵자기공명의 역사와 발전
1.3. 화학적 이동과 분자구조 분석
1.4. 스핀-스핀 결합과 분자 환경 분석
1.5. 펄스 기법과 이완 현상
1.6. 2차원 NMR과 고체상태 NMR
1.7. NMR의 응용 분야
2. 참고 문헌
본문내용
1. 핵자기공명분광법(NMR)
1.1. 핵자기공명의 정의와 원리
핵자기공명분광법(NMR)은 분자 내부의 탄소와 수소 원자에 대한 정보를 제공함으로써 분자의 구조를 알아내는 데 결정적인 역할을 한다. 특정 원소의 핵들은 어떤 축을 중심으로 스핀 운동을 하는 것처럼 행동하는데, 이런 성질을 가진 대표적인 핵이 1H와 13C이다. 이러한 핵을 포함한 화합물을 강한 자기장 안에 놓고 전자기 에너지를 쬐어주면, 화합물의 핵들이 자기공명이라는 과정을 통해 에너지를 흡수하게 된다. 이 에너지 흡수는 양자화되어 있으며, 자기장의 세기와 전자기 복사선의 진동수가 특정한 값에 이를 때만 일어난다.
핵이 실제 느끼는 자기장의 세기는 각 핵 주변의 자기적 환경에 큰 영향을 받는데, 이 자기적 환경은 원운동하는 전자에 의해 발생한 자기장과 주변의 다른 자기성 핵에 의해 생겨난 자기장의 영향을 받는다. 따라서 같은 종류의 핵이라도 그 주변 환경에 따라 다른 공명 신호를 나타낼 수 있으며, 이를 화학적 이동이라고 한다. 화학적 이동은 스펙트럼의 X축에 백만분율(ppm) 단위의 델타(δ) 척도로 나타난다.
1.2. 핵자기공명의 역사와 발전
핵자기공명의 역사와 발전은 매우 흥미로운 과정을 거쳐왔다. 핵자기공명에 관한 개념은 이미 1920년대에 확립되었는데, 당시 핵의 스핀과 자기 운동량에 대한 기초 연구가 이루어졌다. 이후 1930년에 I.I. Rabi 등에 의해 강한 자기장 속에 놓인 수소 분자에 라디오파를 조사하여 수소가 특정 주파수의 라디오파를 흡수하는 현상이 최초로 관찰되었다. 이는 사상 최초로 관측된 핵자기 공명 현상으로 평가되어 Rabi가 1944년에 노벨상을 수상하는 계기가 되었다.
이어 1946년에는 스탠퍼드 대학의 F. Bloch 등이 물 분자의 수소 핵 공명 신호를 관찰하였고, 하버드 대학의 E.M. Purcell 등도 파라핀 수소 핵의 공명 신호를 독자적으로 관찰하였다. 두 그룹은 1946년에 거의 같은 시기에 동일한 학술지에 연구 결과를 발표하였으며, 이후 1953년에 Purcell과 Bloch이 이 분야의 공로를 인정받아 노벨상을 공동으로 수상하였다.
초기에는 핵의 공명 주파수가 자기 회전 비율과 외부 자기장의 세기에만 의존한다고 생각했으나, 1950년대에 이르러 핵 주변의 전자가 외부 자기장을 가리는 차폐 효과가 있어 공명 신호의 주파수가 핵 주변 전자의 밀도와 배치에 영향을 받는다는 것이 밝혀졌다. 따라서 같은 종류의 핵이라도 주변 환경에 따라 다른 공명 신호를 나타낼 수 있다는 사실이 확인되었다.
1951년에는 Packard 등에 의해 에탄올의 NMR 스펙트럼이 처음 관찰되었는데, 이를 통해 NMR 분광법이 화학 연구에 활용될 수 있음이 입증되었다. 그러나 당시에는 스핀-스핀 상호 작용에 의한 공명 신호의 분리 현상은 관찰할 수 없었으며, 장비의 불안정성으로 인한 문제도 있었다.
이후 1946년 Bloch에 의해 제안된 펄스 기법이 1949년 E.L. Hahn에 의해 실제로 구현되었으나, 화학자들은 이 방법의 복잡성으로 인해 관심을 기울이지 않았다. 반면 물리학자들은 이 펄스 기법을 고체 시료 연구에 활용하기 시작했다. 드디어 1953년 Varian Associates사에 의해 최초의 상용화된 30MHz 핵자기공명분광기가 등장하게 되었다.
이후 핵자기공명분광기의 성능이 지속적으로 발전하여 1960년대에는 60MHz, 100MHz 등으로 발전하였고, 복공명 기법과 핵 Overhauser 효과 등의 기술도 개...
참고 자료
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