7.12: NMR分光計:分解能と誤差補正

試料中の磁核が共鳴して緩和を受けると、NMRで検出される信号は、ほぼ指数関数的な自由誘導減衰となります。指数関数的減衰のフーリエ変換により、周波数領域にローレンツのピークが得られます。NMRスペクトルのローレンツピークは、その振幅、半値全幅、およびピーク幅がスピン-スピン緩和時間のみによって支配される位置によって定義されます。しかし、実際の実験では、サンプルとプローブの存在により印加された磁場が不均一になり、その結果、外部の側波帯を持つピークが広がり、分解能が低下します。

これらの不均一性は、シミングと呼ばれるプロセスによってスペクトルが記録される前に修正されます。一連のシムコイルがプローブを取り囲み、それらを通過する電流に応じて小さな磁場を生成します。これらの磁場は、サンプルの近傍でB₀を増強または対抗することができます。シミングでは、コイルの磁場を操作してサンプル全体に最も均一な磁場を取得し、不均一性を補正します。シミング、最適化されたパルスシーケンスパラメータ、および適切なサンプル調製により、良好なピーク形状、低いS/N比、および最大の分解能が保証されます。

NMRスペクトルのローレンツピークは、その位置、振幅、および半値での全幅によって定義されます。

完全に均質な磁場で適切に調製されたサンプルのピーク幅は、スピン-スピン緩和時間のみによって支配されます。

しかし、印加された磁場B₀は、サンプルとプローブの存在によって不均一になります。その結果、ピークが広がり、側波帯が無関係になり、分離能が低下します。

磁場の不均一性は、シミングと呼ばれるプロセスによって修正されます。

シミング中、電流はプローブを囲む一連のシムコイルを通過し、サンプル近傍のB₀を増強または反対する小さな磁場を生成します。

これらのシムコイルの磁場は、サンプル全体で最も均一な磁場が得られるように操作されます。

シミングは、最適化されたパルスシーケンスパラメータと適切なサンプル調製とともに、良好なピーク形状、高いS/N比、および最大の分解能を保証します。

• NMR (Nuclear Magnetic Resonance) - Technique for resonance and relaxation analysis of magnetic nuclei.
• Free Induction Decay - The exponential decay signal detected in NMR.
• Lorentzian Peak - A spectral peak in the frequency domain via Fourier transform of an exponential decay.
• Shimming - Process of magnetic field correction to enhance NMR resolution by countering field inhomogeneities.
• Fourier Transform of a Lorentzian - The process yielding a spectral frequency peak from the exponential decay in NMR.

• Define NMR - Understanding the techniques involved in NMR (e.g., free induction decay).
• Contrast Free Induction Decay vs Lorentzian Peak - Explain the difference between these two elements of NMR (e.g., relationship of exponential decay to frequency domain peak).
• Explore Examples - Discuss practical examples of shimming in NMR (e.g., correction of inhomogeneities for better resolution).
• Explain Shimming - Explaining how the process of shimming impacts resolution and signal-to-noise ratio.
• Apply Fourier Transform in Context - Understand the use and result of Fourier Transform in a Lorentzian to yield a spectral peak.

• What is NMR and how does free induction decay contribute to it?
• What is a Lorentzian Peak in the context of NMR?
• How does the process of shimming contribute to peak resolution in NMR?

• Students - Deepen your understanding of key NMR concepts and improve your familiarity with scientific terms.
• Educators - Provides a clear framework for teaching complex NMR concepts, including free induction decay, Lorentzian peak, shimming, and Fourier transform.
• Researchers - Relevant in advancing spectral analysis and understanding of magnetic fields.
• Science Enthusiasts - Offers insights into advanced study of magnetic fields and resonance, sparking broader interest and curiosity.