NMR（核磁気共鳴装置）とは？その原理と活用法をわかりやすく解説

Tetsu Shiratori
2月22日
読了時間: 3分

更新日：3月2日

科学技術の発展により、分子レベルでの分析が可能になった現代。

その中でも特に重要な技術の一つが NMR（核磁気共鳴）装置 です。

化学、医学、材料科学などの分野で広く活用されているNMRについて、

わかりやすく解説します。

NMRとは？基本の仕組みを解説

NMR（Nuclear Magnetic Resonance、核磁気共鳴）は、原子核が磁場の中で

特定の周波数の電磁波を吸収・放出する現象を利用し、

物質の分子構造を解析する技術です。

特に 有機化学や医療分野 では欠かせない分析方法の一つです。

NMRの基本原理

NMRは以下のようなステップで分析を行います。

強い磁場をかける
試料を強い磁場（通常は超電導磁石を使用）にさらすことで、
特定の原子核（¹H、¹³C、³¹Pなど）が磁場の影響を受けます。
電磁波（RFパルス）を照射
特定の周波数の電磁波を照射すると、原子核のスピンが反転します。
信号の検出
照射を止めると、原子核が元の状態に戻る際にエネルギーを放出し、
その信号を測定します。
スペクトルの解析
- 得られたデータを解析し、分子構造を決定します。

この一連のプロセスにより、物質の成分や結合状態を高精度で分析することができます。

NMR装置の構成

NMR装置は主に以下のコンポーネントで構成されています。

1. 超電導磁石（磁場発生装置）

強力な磁場（１〜２３テスラ）を発生させる装置。

一般的には液体ヘリウムや窒素で冷却される超電導磁石が使用されます。

2. RF（高周波）送受信システム

試料に高周波パルスを照射し、共鳴信号を受信する装置。

3. プローブ

試料をセットする部分で、NMR信号の送受信を担当します。

4. シールド（遮蔽装置）

外部の磁場の影響を受けにくくするための遮蔽装置。

5. データ解析システム（コンピューター）

収集したデータを処理し、NMRスペクトルを生成・解析するためのシステム。

NMRの活用分野

NMRはさまざまな分野で活用されています。

1. 化学分析

✅ 有機分子の構造解析（¹H-NMR、¹³C-NMR）

✅ 異性体や混合物の識別

✅ 反応のメカニズム解析

2. 医学・生物学

✅ MRI（磁気共鳴画像法）としての応用

✅ タンパク質やDNAの構造解析（²D-NMR、³D-NMR）

3. 材料科学

✅ ポリマーや新素材の構造解析

✅ 無機材料の分析

4. 食品・薬学

✅ 食品の品質管理（脂肪分や異物の分析）

✅ 医薬品の成分分析と純度検査

NMRとMRIの違い

NMR技術の応用として MRI（磁気共鳴画像法） があります。

NMRとMRIの違いは次のとおりです。

NMR（核磁気共鳴） → 主に化学物質や分子の分析を行う。
MRI（磁気共鳴画像法） → 人体内部を画像化し、医療診断に利用。

どちらも同じ物理原理を利用していますが、用途が異なる点が特徴です。

NMRのメリットとデメリット

メリット

✅ 非破壊的な分析が可能（試料を壊さずに測定できる）

✅ 高精度な分子構造解析ができる

✅ 化学環境や分子の相互作用を詳細に分析可能

デメリット

❌ 装置が高価（超電導磁石や低温維持のコストがかかる）

❌ 設置に大きなスペースが必要

❌ 測定に時間がかかることがある

まとめ：NMRは現代科学の重要な技術

NMR（核磁気共鳴）装置は、分子レベルの詳細な分析を可能にする重要な技術です。

化学・医学・材料科学などの多くの分野で活用され、

非破壊で高精度な解析ができる点が大きな強みです。

ただし、装置の価格や運用の難しさもあるため

専門的な知識と設備が必要になります。

今後、NMR技術のさらなる発展により、

より高度な分子解析や新たな応用が期待されます。

明日は、もう少しわかりやすく解説しますね