生物光譜分析

核磁共振光譜在蛋白質化學的運用(2019/7/11) (撰稿:莊佳穎、蘇揚迪)

一、NMR儀器介紹

NMR(Nuclear Magnetic Resonance)中文名稱為核磁共振。要進行核磁共振不可或缺的儀器便是核磁共振光譜儀，其運作原理為在其內通入原子核，藉由其流動發生電流磁效應而產生電流。

NMR的實驗過程需要十分強大的磁場，由國中的物理知識可知欲加大磁場，可將中間漆包線所纏繞之電線圈數增加亦可加大所通入的電流，但越大的電流便會產越大的電阻，其能量便會產生相當大量的熱，因此我們便需要利用超導體來避免電阻的產生。在NMR機器內所使用的超導體為液態氦(4K)。另外，為避免機器內溫度上升，須將其內抽成真空，並在其外填充液態氮(77K)，做為另一層隔熱層。

NMR的機器須每星期定期補充液態氦，每個月補充液態氮，以避免其物質用罄而造成溫度升高。當NMR之機器磁場強度達到850特斯拉時，其液態氦超導體已不敷使用，此時便須利用抽氣裝置使其內部壓力降低，使其熔點降低(2.7K)，能有效降溫。850特斯拉之NMR機器因具有抽氣裝置必須隨時接著電源，為避免停電造成機器損壞，必須配有大型電池(3hr)與柴油發電機以備不時之需。

二、NMR運作原理

某些原子具有奇數個質子或中子的原子核，而其會具有核自旋及相對應的自旋角動量，因原子核帶有電荷，在自旋時會產生磁矩，當在其上加入一強大磁場時，個能階會因磁場強度不同而產生能階差(磁場越大，能量越高)。這時原子核會吸收電磁波，原因來自於原子核的躍遷。而同時因為高能階並不穩定，因此原子核會再以電磁波的方釋放出能量，回復至原能階。

由於核磁共振的性質會隨核子種類、外加電場大小，或外圍電子雲及磁力線的總和變化，因此對同一種原子而言，其所吸收的無線電波頻率，會隨原子本身在分子中所處環境的不同而變化。測量這種變化可加以推斷該原子於分子中所處的位置，及相鄰同種類原子間的距離，進而了解整個分子的結構。

核磁共振波譜儀就是利用這種原理而設計，它具有一個偵測器可測得電磁波的吸收所造成的線路阻抗改變引發的電子訊號，經由傅立葉轉換將訊號的強度對頻率作圖，而得到核磁共振波譜圖。

四、課堂心得

本次課程我覺得算是一知半解，因為真的韓蠻困難的，其中聽得懂的部分只有最開始講的原子核躍遷及最後的分析胺基酸序列。雖然如此，但基礎的核磁共振園裡還是有掌握到，而且也參觀到總價超過一億的實驗室，也算不虛此行了。唯一比較遺憾的是作業的第二題蠻難的，實在是解不太出來，據說就連高手也需要十分鐘解題，而我們好像也錯失了能夠當面詢問教授的機會。

圖片來源: 1.https://pxhere.com/zh/photo/670705

2.https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Martin_Luther_King,_Jr..jpg