2019-11-05

亻工一一一一一亻!!!皆、NMR用途原理、知ってるか~~~~~?!!?

イエーーーーーーーーーーイ!!!NMR用途原理知ってるか~~~~~???!!!??

NMR化学分析に使う分析装置だ!化学特に有機化学生化学研究したことがある人はよく知っていると思う!そういう人は野暮なツッコミを入れ始める前に好きな有機溶媒を書いてブラウザバックだ!DMSOか?THFか?DMFか?DHMOか?書け!

NMRって知ってるだろうか!知ってるヤツは皆ブラウザバックしたはずだから君はNMRを知らないはずだ!それでも名前くらいは聞いたことがあるかもしれない!無いかもしれない!でも日本で生きていたら必ず恩恵に預かっているぞ!

みんな大好き、排水管の赤錆を防止するNMRなんちゃら・・・まあ詳しくは触れないが、あれもNMR原理を応用したと主張している装置だ!!効果があるかどうかは今はいいだろう!

ヘリウム不足が深刻で研究者が困っているというニュースを聞いたことがあるかもしれない!何?今日聞いた?オラもだ!ヘリウムはいろいろな実験産業に使われているけど、中でもNMR装置に多く使われている!NMRの中には超電導磁石が入っているから、磁石を極低温に冷やさないといけない!そのためにヘリウム必要なんだ!

君がいい年こいてるなら、病院MRIで体の輪切り写真を撮られたことがあるかもしれない!あれだってNMR原理を応用したものだ!

NMR装置原理用途を知っていれば生活の役に立つ・・・ことは無いが、ニュースを読み解く上で知ってるとすこしは役に立つだろう!それに化学物質分析がどうやって行われているか知ることはとても意義のあることだ!電子顕微鏡でパシャっと撮影すれば分子分析ができると思っている人もいるかもしれないが、大きな間違いだ!有機化合物基本的にはそういう分析方法はできない!

たとえばバファリンを作ってる会社がいろいろな薬品を混ぜてバファリンを合成したとしよう!でも合成した物質バファリンかどうかを確かめるためにはどうしたらいいだろうか?実は手順を間違えて毒ができているかも知れないから舐めて確かめるわけにはいかない!そこで登場するのがNMR装置だ!でも、そんなのはNMR用途の一つに過ぎない!NMRはなんでもできる!NMR科学進歩に欠かせない装置だ!そういう凄い装置があることだけでも覚えてほしい!

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NMR原理説明しよう!

有機化学研究をやっている研究室や製薬の研究所では、NMRを使って分子の形を調べるということをよくやっている!分子の形を調べるというのが主な用途なんだけど、それ以外にもいろいろなことに使える!じゃあNMRというのはどういう原理分子の形やその他諸々を調べることができるんだろうか?!

NMRとは、本質的には原子核の回転スピードを測定する装置だ!意味がわからないだろうか?原子にはコアの部分があって、それを原子核と呼ぶ!そして原子核の周りを電子という粒子がグルグル回っているんだ!地球の周りを月がまわってるような感じだな!何?「電子別にグルグル回ってるわけじゃない?」君!なんでまだ読んでいるんだ!まあ今回は許そう!

とにかく、原子というのはコアの部分である原子核と、その周りを回っている電子構成されている!そこで原子核に磁力を与えると、原子核グルグル回り始めるんだ!!!それもただの回転じゃあないッ!歳差運動と呼ばれる回転をしている!歳差運動とは、回転しているコマが力尽きる寸前にフラフラと揺れるようなあの回転運動のことだ!すり鉢胡麻をするときに棒の真ん中あたりを左手で持って、右手で棒の先端をくるくる回すだろう!あの運動にも似ている!とにかく少し特殊な回転をしているんだ!その回転の速度を測定するのがNMR装置だ!

回転の速度は①原子の種類 ②装置の磁力の強さ ③原子の結合や周辺の状況 で変わってくる!②と③が同じでも水素酸素なら回転の速さが違う!酸素のほうが原子核が重いから遅いんだ!①と③が同じでも②でまた変わってくる!磁力が強ければ強いほど原子は早く回転するぞ!原子が早く回転すると、③の影響がはっきりわかるから便利なんだ!一般的NMR装置は磁力が強ければ強いほど高性能だし値段も高くなる!③は重要だ!一般的にはNMR装置は③を知るための装置だ!結合の方式や周囲の状況で回転スピードが変わってくるから、逆に回転スピードから結合や周囲の状況がわかる!だから分子の形がわかるんだ!!

原子核の回転スピードを測定するといっても直接見るわけにはいかない!だからラジオ波と呼ばれる周波数電磁波を使って回転スピードを調べる!ラジオ波はラジオ放送に使われる電磁波だ!

そもそもNMRとは何の略だろうか?言ってみろ!言えないかNMRとはNuclear Magnetic Resonanceの略だ!Nuclearは核つまり原子核Magnetic磁気、Resonanceは共鳴だ!日本語だと核磁気共鳴なんて呼ばれるな!核磁気共鳴現象を調べる装置、それがNMR装置だ!では核磁気共鳴とはなんだろうか?核磁気共鳴とは、回転している原子核が、その回転スピードと同じ周波数ラジオ波を吸収したり放出したりする現象のことだ!よくわからないだろうか?

ラジオ波にはいろいろな周波数のものがある!電波(電磁波)が波だということは知っているだろう!電波周波数というのは、波が1秒間に何回押し寄せるか、という数字だ!たとえば600MHzのラジオ波は、1秒間に6億回も波が押し寄せていることになる!ちなみにBluetooth電子レンジが出す電波は1秒で24億回、青い光は1秒で500兆回くらいの波が押し寄せている!まあそれはどうでもいい!1秒間に6億回転している原子核に、1秒間で6億回波が押し寄せる電磁波をあてると、原子核はその周波数電磁波を吸収したり放出したりするんだ!

イメージできるだろうか?君はそれでも人の親か?人の親なら想像してほしい!人の親じゃなくても想像してくれ!君はブランコの横に立っている!そして子供が乗っているブランコが5秒に1回、前に向かって自分の横を通り過ぎるとする!ブランコが真横に来た瞬間に、つまり5秒に1回だけ絶妙タイミング子供背中を押してやれば、ブランコは手の力を吸収して勢いを増すだろう!でも5秒に1回だけじゃなく、3秒に1回とか変なタイミングで押してしまうとブランコの勢いは増さない!それと同じで、1秒で6億回回転する原子核は、1秒で6億回押し寄せるラジオ波のみを吸収する!1秒で6億1回押し寄せるラジオ波、6億2回押し寄せるラジオ波、6億3回押し寄せるラジオ・・・といろいろな周波数ラジオ波を当ててやって、どれが吸収されたか見てやれば、測定したサンプルの原子核がどのくらいのスピードで回転しているかがわかる!これがNMR原理だ!

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NMR原子核の回転スピードを調べる装置であることはよくわかったはずだ!わかったよな?!じゃあ回転スピードから何がわかるだろうか?回転スピードからは本当にいろいろな情報がわかる!!わかりすぎて逆によくわからいくらいだ!とりあえず一つだけ紹介しておこう!NMRでわかるのは、原子核の周りをどのくらいの数の電子が回っているか?ということだ!

NMRで得られるのは一つのグラフだ!「NMR スペクトル」で画像検索すればNMRで得られるグラフが出てくるぞ!縦軸と横軸があって、グラフの中に線がたくさん描かれているグラフが出てきただろうか?!横軸は回転スピードを表している!横軸の数字が高いほど原子核の回転が速いことを表している!グラフのあるところに線があったら、そのスピードで回転している原子核があるということだ!そして線がグラフ左側にあることは、その線に対応する原子核の回転が速いことを表している!左の方に出てくる線の原子核は回転が速くて、右の方に出てくる原子核は回転が遅いことを示している!縦軸は難しいんだけど、超めちゃくちゃざっくりと言えば原子の個数を表している!

原子核の回転が速いということは何を表しているだろうか?実は原子核の回転スピードは、原子核の周りを飛んでいる電子の数で決まる!原子核の周りを飛んでいる電子が少なければ少ないほど、その原子核は回転が速くなる!つまりグラフの左のほうに線が出現する!

さら原子核の周り飛んでいる電子の数は、その原子が結合している原子の種類で大体決まる!例えば酸素に結合している原子は、酸素電子を奪われている!だから電子が少ない!だから回転が速い!だからグラフ左側に出てくる!このことから、もし謎の物質発見したとして、そいつNMR測定にかけた結果グラフ左側に線が出てきたら、その物質には酸素が含まれている可能性が高いということになる!

以上がNMR原理だ!①NMRラジオ波を使って原子核の回転スピードを測定する装置だ!②NMR測定を行うとグラフが出てくる!グラフ左側に線があれば回転スピードが速い!③回転スピードが速いということは電子が少ないということを表す!④電子が少ないということは酸素みたいな電子を奪う性質原子が含まれている物質である可能性が高い!

ということだ!もちろんNMRでわかるのはこれだけじゃない!もっといろいろな情報がわかる!だから新しい物質を作ったり発見したりしたとき、多くの化学者はとりあえず物質NMR装置分析してみて、どんな物質なのかを調べる!

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NMRは本当にいろいろな分析ができる!原理はさっき言った通りだけど、そこから本当にいろいろな現象のことがわかる!すべての現象説明するのはかなり困難だから、ここではNMRで何を知ることができるのかだけを列挙していく!

物質の濃度を調べることができる!

・・・グラフから物質の濃度がわかる!たとえば酒をNMR装置分析すれば、アルコールが何%、糖分が何%含まれているのか大体わかる!

物質のカタチを調べることができる!

・・・新しい物質発見したら、それがどんなカタチなのかを調べる必要がある!正確な構造論文に乗せないといけないし、カタチがわからないと性質もわからいからな!だからNMR装置でカタチを調べるんだ!

物質の、特にタンパク質の立体構造を調べることができる!

・・・次元NMRと呼ばれる手法を使えば、タンパク質の立体的なカタチを調べることができる!タンパク質のカタチがわかれば、病気の原因になっているタンパク質に効く薬を設計したいときなんかに役に立つ!NMRは製薬や生物学の分野で大いに役に立っているぞ!

物質の動き方がわかる!

物質化学反応がどういう仕組で起こっているのか、液体の中で物質がどう動くのか、といった物質の動き方がわかるぞ!

   

ざっくりこんな感じだ!オラが知らなかったり、あえて書いていなかったりするだけで本当はもっとあるぞ!

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病院MRIというのがあるだろう!あれだってNMRの親戚だ!NMRはNuclear Magnetic Resonance(核磁気共鳴法)だけど、MRIMagnetic Resonance Imagingだ!日本語だと磁気共鳴画像法と言うな!Nuclear(核)というのは核爆弾とか放射線イメージが強くて患者を怖がらせてしまうから医療世界だとNuclear(核)という言葉は使わないみたいだ!でも仕組みとしてはNMRMRIほとんど一緒だ!もちろんNMRMRI放射線は出ない!

MRIは、NMR測定を体のいろいろな部分で行って、その結果を二次元的な画像にする手法だ!オラはMRIのことはそんなに知らないけど、お医者さんはその画像から体のどこに腫瘍があるとか、そんなのを判断しているらしいぞ!超すごいな!

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ちなみにNMRの性能はほとんど磁石の強さで決まる!同じ物質なら、磁石が強ければ強いほど、原子核を速く回転させることができるぞ!磁石が強いNMRを使えばそれだけ情報量も増えるんだ!だからほとんどのNMRには超電導磁石が入っていて、だから液体ヘリウム磁石を冷やすんだ!NMRを使う研究者にとってヘリウム不足は死活問題だ!NMRが使えないとマジで何も研究ができなくなる人もかなりいると思うぞ!もっとヘリウムが安く安定して買えるようになるといいな!より高温でも超伝導になる磁石があるともっといいな!みんなそれぞれ得意な研究や開発をがんばってくれ!磁石の強さはNMR場合はHzで表すぞ!テトラメチルシランという物質があって、こいつの原子核を1秒間で1億回回転させることができる装置のことを100MHzと表す!5億回なら500MHz、10億回なら1000MHzだな!NMRは数千万円はするし、維持費もヤバいから大学研究所に1つか2つあれば良いほうだ!たいていの場合400MHzから600MHzくらいのNMRを使っている!ほとんどの用途ならこれで十分だぞ!世界で一番いいNMR1020MHzらしい!ジャンジャン稼いでジャンジャン良いNMRを買いたいものだな!分子のカタチや状態分析する方法は他にもいろいろある!とても奥が深い世界だぞ!

  • anond:20191105193614

    かなり正確な内容。これはプロの犯行

  • anond:20191105193614

    原子とか核を使った装置が野放しなんですか!きけん過ぎます!元増田はどこのテロリスト集団所ぞくなんてすか?はてなは警察に通報すべき! 分せきが大事なのはわかりますけど、も...

  • anond:20191105193614

    わかる いいよねNTR

  • anond:20191105193614

    ×NMR 〇MMR マガジンミステリー調査班 キバヤシ「だったんだよ!」 その他大勢「ナ、ナンダッテー!」

  • anond:20191105193614

    ガチ本職からのツッコミ。 酸素が重いから回転が遅い、というのは違うからね。酸素より重いランタンのほうが酸素より速いからね。回るのは原子核じゃなくて核スピンだからねホント...

    • anond:20191106135710

      まったく門外漢で分からないが、ちょっとは電子レンジも関係してるかなぐらいは分かった気がするけどやっぱ分からんわ…

    • anond:20191106135710

      あなたは大学性の初心者向けには適切だね. 元増田は中学生の初心者向けだ.大学生にとっても実はそっちの方がわかりやすいんだ.内容が難しいって言ってるわけじゃないぞ.

      • anond:20191106145303

        はいー、そうだと思いますー、なにせ現職ですからー。>大学生の初心者 でも大学生の初心者には宮廷クラスでも難しいよーです。 特に工学部の化学・生化系だとどう使うか、という...

  • 周期5秒のブランコって結構豪勢だなw

    って、思いました(中並感 振り子の周期の近似式 T=2π√(l/g) から逆算すると、長さlは、約6.2mだな。 (gは、重力加速度9.8m毎秒毎秒な) anond:20191105193614

  • anond:20191105193614

    有機化学や生化学専門じゃないからブラウザバックしなかったぞ!!!!!!!固体NMRで掴みどころのない非晶質(ガラスとか)の構造がある程度わかったりするという使い方もあるぞ!!...

  • anond:20191105193614

    イキルほどに面白くなる奴とそうじゃない奴がいる。 この増田はどちらだろうか?分からない?それは君のセンスが欠如している証拠だね。 この増田はイキるほどつまらなくなるタイプ...

    • anond:20191106193059

      40エントリ以上書いてブクマが1つも貰えない増田だっているんですよ!????????????

記事への反応(ブックマークコメント)

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