NMR (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy) เป็นเทคนิคที่เกี่ยวข้อง กับการวัดระดับพลังงานที่แตกต่างกันของนิวเคลียสที่อยู่ภายใต้อิทธิพลของสนาม แม่เหล็ก ใช้ศึกษาเกี่ยวกับนิวเคลียสของธาตุที่มีสมบัติของแม่เหล็ก ตลอดจนสภาวะ ข้างเคียงรอบนิวเคลียสนั้นๆ เทคนิคนี้มีประโยชน์มากในการศึกษาอะตอมในโมเลกุล สูตรโครงสร้างและพลวัตของสาร

นิวเคลียสของธาตุบางชนิดมีสมบัติของแม่เหล็ก เช่น 1H, 13C, 31P, 195Pt และ 103Rh เนื่องจากมีประจุและมีการหมุนอยู่ตลอดเวลา นิวเคลียสเหล่านี้จะมีโมเมนต์ แม่เหล็กของตัวมันเอง (nuclear magnetic moment) ซึ่งถ้านำไปวางในสนามแม่เหล็ก จะเกิดการจัดตัวอย่างเป็นระเบียบในแนวเส้นแรงของแม่เหล็กซึ่งจะแบ่งเป็น 2 พวก คือ จัดตัวตามทิศทางเดียวกับสนามแม่เหล็กสำหรับพวกที่มีพลังงานต่ำ หรือจัดตัวในทิศทาง ตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กสำหรับพวกที่มีพลังงานสูง เมื่อให้พลังงานในช่วงความถี่ ของคลื่นวิทยุที่เหมาะสม ที่ทำให้นิวเคลียสสามารถเปลี่ยนระดับพลังงาน หรือกล่าวอีก นัยคือ นิวเคลียสจะดูดกลืนพลังงานที่ให้เข้าไป แล้วเปลี่ยนระดับพลังงานไปสู่พลังงาน ที่สูงขึ้น การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นนี้ เรียกว่า การเกิดเรโซแนนซ์ (resonance) หลังจากนั้นนิวเคลียสจะคายพลังงานออกและลดไปสู่ระดับพลังงานต่ำ

ในการวัดสัญญานของเครื่อง NMR นั้น ในที่นี้จะขอกล่าวถึงการวัดสัญญานของเครื่อง FT-NMR (Fourier Transform NMR) ซึ่งเป็นเครื่องสมัยใหม่ที่ใช้กันอยู่ในมหาวิทยาลัยและสถาบันวิจัยทั่วไป การวัด สัญญานของเครื่อง FT-NMR จะใช้เทคนิคที่เรียกว่า Pulsed NMR โดยเครื่อง NMR Spectrometer จะส่งสัญญาณคลื่นวิทยุทุกความถี่ในช่วงที่สนใจเข้าไปยังตัวอย่างที่วิเคราะห์ การทำเช่นนี้จะส่งผลให้เกิด การเปลี่ยนสปินของนิวเคลียสทั้งหมดทันที ซึ่งเราจะเรียกสภาวะดังกล่าวว่าสถานะถูกกระตุ้น (excited state) จากนั้นนิวเคลียสดังกล่าวจะกลับสู่สถานะพื้น (ground state) โดยการคายพลังงานออกมาในรูป ของคลื่นวิทยุในรูปของคลื่นที่ซ้อนกันที่เรียกว่าสัญญาณ FID (free induction decay) ซึ่งเราสามารถ แยกออกเป็นความถี่ต่างๆ ที่มีความแรงของสัญญาณแตกต่างกันได้ โดยกระบวนการทางคณิตศาสตร์ ที่เรียกว่า Fourier transform ซึ่งเป็นที่มาของการเรียกชื่อเครื่อง NMR สมัยใหม่ว่า FT-NMR ในการคำนวณ ดังกล่าวนั้นมีการคำนวณที่ซับซ้อนมากจึงจำเป็นต้องใช้คอมพิวเตอร์ สำหรับเก็บข้อมูลและประมวลผล ซึ่งผลที่ได้จากกระบวนการดังกล่าวคือ สเปกตรัม NMR ซึ่งมีลักษณะเป็นพีค (ภาพในเว็บ http://science.buu.ac.th/part/nmr/index.php/home/principles.html) การดูดกลืนพลังงานจาก สนามแม่เหล็กของนิวเคลียสของธาตุแต่ละชนิดจะมีความแตกต่างกัน หรือแม้กระทั่งนิวเคลียสของธาตุชนิด เดียวกันที่อยู่ในสภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกันก็จะให้สัญญาณการดูดกลืนพลังงานที่แตกต่างกันด้วย

การวิเคราะห์ด้วยเทคนิค NMR นั้น ตรวจวัดได้ง่าย รวดเร็ว แม่นยำ และมีความจำเพาะเจาะจงสูง โดยตัวอย่างการนำเทคนิค NMR ไปใช้งาน เช่น การวิเคราะห์ปริมาณฟอสเฟตที่เป็นส่วนประกอบของ สารปรุงแต่งในอาหารแช่แข็ง ในอุตสาหกรรมอาหารแช่แข็งนั้นเป็นที่ทราบกันดีว่า มีการนำสารกลุ่ม โพลีฟอสเฟตเข้ามาใช้ผสมเคลือบผิวของอาหารก่อนนำไปแช่แข็ง เพื่อช่วยลดการสูญเสียน้ำหนัก เนื่องจาก สารประกอบอนินทรีย์ฟอสเฟตมีคุณสมบัติรักษาคุณภาพของเนื้อสัตว์ได้ เช่น ช่วยเพิ่มความสามารถใน การอุ้มน้ำของเนื้อ ช่วยให้เนื้อมีคุณภาพทางเนื้อสัมผัสและประสาทสัมผัสที่ดีขึ้น (ความนุ่ม ความฉ่ำน้ำ สี กลิ่น และรส) ถึงแม้ว่าจะมีการอนุญาตให้ใช้สารประกอบฟอสเฟตในอุตสาหกรรมอาหารอย่างแพร่หลาย แต่ก็มีการกำหนดปริมาณที่อนุญาตให้ใช้ได้ในระดับที่ไม่มีอันตรายต่อผู้บริโภค อีกทั้ง เทคนิค NMR ยังได้ใช้ในวงการแพทย์ที่รู้จักกันในชื่อว่า Magnetic Resonance Imaging (MRI) โดยอาศัยหลักที่ว่า เราสามารถสร้างภาพ 2 มิติ หรือ 3 มิติของวัตถุโดยการปรับเปลี่ยนสนามแม่เหล็ก NMR ที่ระดับความลึกต่างๆ กันของวัตถุ เหตุผลหนึ่งที่ทำให้เทคนิค MRI นิยมใช้อย่างกว้างขวางในวงการแพทย์ ก็เพราะว่าเทคนิคนี้ใช้รังสีที่มีความถี่หรือพลังงานต่ำ จึงไม่ทำอันตรายต่อเนื้อเยื่อหรืออวัยวะของสิ่งมีชีวิต


ที่มา:
https://www2.mtec.or.th/th/e-magazine/admin/upload/258_66-70.pdf
http://science.buu.ac.th/part/nmr/index.php/home/principles.html
http://science.buu.ac.th/part/nmr/index.php/home/components-and-applications.html

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *