核磁気共鳴とは？

すべての磁気核は、磁場内にあり、他の特定の条件が満たされている場合、核磁気共鳴、またはNMRと呼ばれる特性を持っています。 これらの原則に従って、さまざまな種類の技術が開発されています。 これらには、さまざまな種類の医療用イメージングおよび分光法が含まれます。

核磁気共鳴は、振動する電磁パルスが磁場内の核に印加されると、個々の核がエネルギーを吸収し、そのエネルギーを特定のパターンで放出するという事実にかかっています。 エネルギーの吸収と放出のパターンは、磁場の強度と他の特定の変数に依存します。 これらのパターンを調べることにより、物理学者は原子核の量子力学的特性を調べることができます。 化学者は、NMR技術を使用してサンプルの化学的および構造的組成を調べることができます。医学では、核磁気共鳴技術は、よく使用されるタイプの医療画像機器の基礎です。

すべてのNMRテクノロジーは、 スピンと呼ばれる特性にも依存しています。 特定の原子核にスピンがあるかどうかを判断するとき、原子内の核子の数がカウントされます。 核子は、陽子と中性子に付けられた総称です。 核内の陽子と中性子の数が奇数の場合、核のスピン量はゼロより大きくなります。 したがって、その核はスピンの性質を持っていると言われています。 スピンを持つ核は、NMRテクノロジーを使用して調べることができます。

核磁気共鳴分光法では、核磁気共鳴分光計と呼ばれる機械を使用して、特定のサンプル内の核の種類、数、および配置に関する情報を取得します。 たとえば、化学者によるNMRスペクトルの分析は、サンプル内に存在するさまざまな種類の化学物質と、存在するさまざまな分子の構造に関する情報を提供できます。 たとえば、NMR分光法は、核酸とタンパク質の構造を理解するのに役立ち、これらの分子がどのように機能するかについての手がかりも提供します。

核磁気共鳴イメージングの基礎は、異なる分子の共鳴周波数がそれらに適用される磁場の強度に比例するという事実に依存しています。 サンプルが振動磁場内に配置されると、サンプル内の核の共鳴周波数は、その磁場内のどこに位置するかによって異なります。 これらのバリエーションを使用して、サンプル自体の画像を作成できます。

医学では、この技術は一般的に磁気共鳴画像法、またはMRIとして知られています。 この医療用画像機器は磁場を使用して、水中に存在する水素原子を整列させます。 人体には大量の水が含まれているため、このように水素原子を整列させると、体内の内部構造の画像を構築するのに十分な情報が生成されます。 スピンの所有は、この技術の重要な概念です。 これは、スピンを持っている水素原子は、結合している他の種類の分子、さらには近くに配置されている分子の種類によって、磁場に対する反応が異なるためです。

NMR技術には、他にも多くの理論的および実用的な用途があります。 石油および天然ガス産業では、NMR技術を使用して、これらの燃料の堆積物を見つけるための地球の岩石の探査を支援しています。 サンプルの検査におけるNMRテクノロジーの最も重要な用途の1つは、サンプルを破壊することなく行われることです。 これは、デリケートなサンプルや危険性が非常に低いサンプルでNMRテストを実行できることを意味します。