자기 모멘트는 많은 원자핵의 내부 각운동량이나 스핀으로 인해 발생하며, 자기 모멘트를 연구하는 기술은 1940 부터 발전한다. 물리학자들이 종사하는 핵 이론의 기초 연구는 이 일의 기초를 다졌다. 1933 년, G·O· 스턴과 I 에스터먼은 처음으로 핵입자의 자기모멘트를 대략적으로 측정했다. 미국 콜롬비아의 I I Rabi (Rabi 는 1898 에서 태어났다) 연구소에서 진전을 이뤘다. 이 연구들은 핵 이론의 발전에 큰 역할을 했다.
강한 자기장에 의해 가속된 원자 빔이 알려진 주파수의 약한 진동 자기장을 가할 때, 원자핵은 일부 주파수의 에너지를 흡수하고 동시에 더 높은 자기층으로 점프한다. 주파수가 점차 변하는 자기장에서 원자 빔의 강도를 측정하여 원자핵의 흡수 주파수를 결정할 수 있다. 처음에는이 기술이 기체 물질에 적용되었고, 스탠포드 대학의 F. Bloch (1905 에서 출생) 와 하버드 대학의 E. M. Puccell (19/Kloc 에서 출생) 을 통해 적용되었습니다. Bloch 팀은 먼저 양성자가 물속에서 * * 진동 흡수를 측정하는 반면, Purcell 팀은 먼저 고체 알칸에서 양성자의 * * 진동 흡수를 측정했다. 이 분야는 1946 이 연구를 실시한 이후 급속히 발전했다. 물리학자들은 원자핵의 성질을 연구하기 위해 이 기술을 사용하는데, 화학자들은 화학반응을 식별하고 분석하며 복합물, 차단 회전, 고체 결함을 연구한다. 1949 년, W. D. Knight 는 원자핵이 외자기장에 있는 * * 진동주파수가 때때로 원자의 화학형태에 의해 결정된다는 것을 증명했다. 예를 들어, 에탄올의 양성자는 CH3, CH2, OH 키 중 몇 개의 양성자에 해당하는 세 개의 독립된 봉우리를 보여 줍니다. 이런 소위 화학 변위는 원자가 전자의 대외자기장의 차폐 작용과 관련이 있다.
(1) 1970 년대 이후 MRI 는 유기화합물, 특히 천연물의 구조를 밝히는 데 매우 중요한 역할을 했다. 현재 화학변위, 분해상수, H-H-'H Cosy 스펙트럼을 통해 유기화합물의 구조정보를 얻는 것은 이미 일반적인 테스트 방법이 되었다. 최근 20 년 동안 MRI 기술은 스펙트럼 성능 및 측정 방법에 큰 발전을 이루었습니다. 스펙트럼 하드웨어의 경우 초전도 기술의 발전으로 자석의 자기장 강도는 평균 5 년마다 1.5 배 증가한다. 80 년대 말까지, 600 MHz 스펙트럼은 이미 실제 사용에 투입되었다. 각종 선진적이고 복잡한 무선 주파수 기술의 발전으로 MRI 진동의 자극과 검출 기술이 크게 향상되었다. 또한 컴퓨터 기술이 발전함에 따라 핵 진동을 발생시키는 펄스 시퀀스와 데이터 수집을 엄격하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 대량의 데이터를 다양한 복잡한 변환 및 처리할 수 있습니다. 분광계 소프트웨어의 가장 두드러진 기술 발전은 2 차원 MRI (2D-NMR) 의 발전이다. 핵자기공명기술이 복잡한 구조문제를 해결하는 방식을 근본적으로 바꾸고, 핵자기공명기술이 제공하는 분자구조정보의 질과 양을 크게 높여, 핵자기공명기술을 복잡한 구조문제를 해결하는 가장 중요한 물리적 방법으로 만들었다.
① 2D MRI 기술은 원자핵 사이에 화학결합을 통한 스핀 결합, 공간을 통한 쌍극자 결합, 동질핵 간 결합, 이질핵 간 결합, 원자핵 간 직접 연결, 원격 연결 등 분자 내 다양한 원자핵 사이의 다양한 관련 정보를 제공할 수 있다. 이러한 관련 정보에 따르면, 분자의 원자는 화학 결합이나 공간 관계를 통해 서로 연결될 수 있으며, 이는 분자 구조의 분석 과정을 크게 단순화할 뿐만 아니라, 그것을 직접적이고 믿을 수 있는 논리적 추리 방법으로 만들 수 있다.
②2D- MRI 의 개발은 많은 * * * 진동 신호의 분리 능력을 크게 향상시킬뿐만 아니라 * * * 진동 신호 간의 겹침을 줄이고 1d- MRI 스펙트럼이 제공할 수 없는 구조 정보 (예: 겹침 * * * 진동 신호 그룹) 를 많이 제공합니다.
③2D- MRI 기술로 분자 구조를 분석하는 과정은 MRI 신호의 귀속이며, 분석 과정의 완성도 MRI 신호의 귀속을 완성했다. 완전하고 정확한 데이터 귀속은 분자 구조 측정의 신뢰성을 위한 기반을 제공할 뿐만 아니라 복잡한 생물 대분자의 고급 구조 측정을 위한 토대를 마련합니다.
④2D MRI 의 발전은 이핵 MRI, 특히 13C MRI 스펙트럼의 광범위한 연구와 활용으로 이어졌다. 이핵은 대부분 저풍도, 저감도의 핵종으로, 감도가 낮고 신호가 귀속하기 어려워 과거에는 많이 사용하지 않았다. 그러나 X-NMR 스펙트럼에는 많은 유용한 구조 정보가 포함되어 있습니다. 새로운 이핵 관련 스펙트럼 (HET—Cosy) 이 제공하는 이핵 (예: H-C, C-C, H-P, H-N) 간의 관련 정보는 이러한 이핵의 신호 귀속에 대한 근거를 제공할 뿐만 아니라 H-NMR 이 제공할 수 없는 중요한 정보를 제공합니다.
⑤2D MRI 기술의 발전도 NOE 연구와 응용의 발전을 촉진시켰다. NOE 는 공간에 있는 원자핵 사이의 밀접한 관계를 반영하므로 원자핵 (또는 양성자 스핀 커플링 체인) 간의 공간 관계를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 원자핵의 공간 내 상호 배열, 즉 분자의 구성과 형태를 연구하는 데도 사용할 수 있습니다.
2D MRI 기술은 뛰어난 장점과 엄청난 잠재력으로 인해 스펙트럼 하드웨어가 2D MRI 실험을 만족시킬 수 있었던 지 불과 몇 년 (즉, 1980 년대) 만에 1000 여 편의 논문과 수십 편의 종합 및 전문 저서가 생겨났다.
(2) MRI 의 새로운 실험과 응용은 거의 매일 등장하고 있으며, MRI 기술 자체는 어떻게 더 많은 관련 정보를 얻고, 스펙트럼을 단순화하고, 감지 감도를 개선하고 향상시키는 등 앞으로도 계속 발전할 것이며, 그 중 가장 유망한 신기술은 다음과 같습니다.
(1) 선택 및 다중 선택 자극 기술, 다중 양자 기술 개발, 고급 무선 주파수 기술 활용, 정상적인 상황에서 금지된 매우 약한 다중 양자 전환을 자극합니다. 분자 핵과 핵 사이의 특정 연관을 선택적으로 검출하다. 또는 특정 핵을 선별적으로 자극하고 흥미로운 구조적 문제에 초점을 맞추기 위해 성형 펄스와 소프트 펄스를 사용합니다.
② "반전" 및 "릴레이" 탐지 기술. 이핵 관련 스펙트럼에서 역감지 (inverseNMR, 즉 이전 이핵 탐지를 H 탐지로 대체하는 테스트 방법) 를 사용하면 이핵 관련 스펙트럼의 감지 민감도 (약 1 수) 를 크게 높일 수 있습니다. 동핵 관련 스펙트럼의 경우, 중계 간섭 전송 (RCT- 1), 다중 릴레이 간섭 전송 (RCT-2), 등방성 혼합 간섭 전송 기술 (예: HOHAHA) 은 생물 대분자를 포함한 복잡한 분자의 스핀 결합 분석 및 신호를 해결하는 데 사용할 수 있습니다.
(3) 스펙트럼 편집 기술 개발 및 적용, 자극과 수신에서 MRI 자체의 다양한 선택과 억제 기술을 이용하여 매우 복잡한 MRI 신호를 분류하고 편집한다.
④ 3 차원 핵 자기 공명 기술 개발. MRI 의 연구 대상이 생물 대분자로 바뀌면서 MRI 기술이 제공하는 구조 정보의 양과 복잡성이 기하급수적으로 증가했다. 최근 3D-NMR 기술은 생물 대분자의 구조 측정에 2D-NMR 방법을 대체하는 것 같다. 예비 탐사 결과, 3D-NMR 방법은 신호 분리 기능을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 2D-NMR 방법으로 제공할 수 없는 많은 구조 정보를 제공하여 구조 분석 프로세스를 크게 단순화합니다. 3D-NMR 측정 방법의 광범위한 응용은 측정 방법의 진일보한 개선과 컴퓨터 기술의 진보가 필요하다.
⑤ 분자 역학 계산과 결합하여 분자 모델 기술을 개발한다. NNR 신호의 완전한 귀속을 바탕으로, NOE 가 제공하는 분자 내 양성자 간 거리 정보를 이용하여 분자의 3 차원 구조를 계산하는 기술은 최근 몇 년 동안 폴리펩티드와 단백질 소분자 연구에서 큰 성공을 거두었다. 거리 기하학 알고리즘과 분자 역학에 기반한 분자 모델링 기술은 점차 다른 생체 분자의 용액 구조 문제에 적용된다. 그러나 대분자와 소분자 또는 소분자와 소분자 간의 상호 작용 체계에서는 거리 정보를 얻는 방법, 운동 조건이 불리한 체계에서 거리 정보의 정확성 등 해결해야 할 문제가 여전히 많다.
(3)3) MRI 스펙트럼은 미래의 가장 유망한 응용 분야에서 다음과 같다.
① 유기화학자들이 자연계에서 생물활성을 지닌 신형 유기화합물을 찾도록 계속 돕고 있으며, 앞으로 이 분야의 연구는 구조와 활성성의 관계에 초점을 맞출 것이다. 즉, 이러한 물질이 생명과정에 참여할 때 생물대분자 (예: 수용체) 나 다른 소분자와 상호 작용하는 구조와 역학 특징을 연구하는 것이다.
② 용액에서 폴리펩티드와 단백질의 고급 구조를 분석하는 데 더 많이 사용되며 단백질 공학 및 분자 생물학에서 단백질 구조와 기능 관계를 연구하는 중요한 도구가되었습니다. 동위원소 표기 광학 CIDNP 방법과 2D MRI 및 3D MRI 기술을 결합한 방향으로 발전하고 있습니다.
③ MRI 기술은 DNA 의 나선형 구조 유형과 그 서열 특이성을 결정하기 위해 핵산 화학에 광범위하게 적용될 것이다. 연구 과제는 핵산과 리간드의 상호 작용을 중심으로 전개된다. 이 가운데 핵산과 단백질 분자, 핵산, 소분자 약물의 상호 작용이 가장 중요한 방면이다.
④ 핵자기공명 기술이 당화학에 응용되면 점점 더 큰 잠재력을 보여 줄 것이다. 핵자기공명기술을 이용하여 올리고당의 서열, 연결 방식, 연결 위치, 설탕의 구성과 용액 중 올리고당의 입체화학, 단백질과 상호 작용하는 구조 및 역학 특징을 결정하는 것은 중요한 연구 분야가 될 것이다.
⑤ MRI 기술은 동적 분자 구조와 빠른 균형의 변화를 연구하는 데 더 많이 사용될 것이다. 분자 구조에 대한 심층적 인 이해를 위해 구조의 동적 특성을 설명하고 화학 반응의 중간 상태와 서로 일치 할 때 에너지의 변화를 이해합니다.
⑥ MRI 기술은 생명과학과 생물의학 연구 분야를 더욱 심화시키고 생물세포와 살아있는 조직의 각종 생리 과정의 생화학 변화를 연구할 것이다.
이 모든 분야는 용액 MRI 의 연구와 관련이 있다. 최근 몇 년 동안 고체 MRI 기술에 대한 연구도 큰 진전을 이루었고, 재료과학과 생물의학 연구에서 계속 중요한 역할을 하고 있다.