1H NMR, d1 parameter (delay time)이 중요한 이유

 

NMR은 외부 자기장에 의해서 가지런히 배열된 핵스핀의 에너지 차이만큼의 라디오 파장의 펄스를 때리면서 공명현상을 일으킨다. 펄스를 때리면 90도만큼 펀치를 맞고 쓰러진 핵스핀이 슬금슬금 다시 일어나는데 이렇게 일어나는데 걸리는 시간이 T1이고 relaxation time이라고 한다. 만약에 펀치를 맞은 후에 다시 정자세로 일어나지 않고 구부정하게 (한 45도쯤) 기울어진 상태에서 펀치를 한 대 더 때린다고 하자. 

펄스를 받고 90도 꺾인 상태

그러면 0도에서 90도까지 때려눕힐 때 들었던 펄스의 세기 (스펙트럼의 intensity)만큼의 세기를 얻지 못할 것이다. 그러면 결론적으로 peak intensity가 integration에 영향을 미치기 때문에 NMR 스펙트럼에 나온 intensity가 실제 값보다 적게 나오게 된다. 이를 피하기 위해 충분한 relaxation time을 줘야 하는데, 이를 d1 parameter라고 한다. 이 시간은 최소 T1의 5배 이상이 되어야 충분히 90도 꺾였던 스핀이 거의 다시 일어서는 시간이 된다고 한다 (약 95%)

이쯤에서 한 번 더 때리면 최대 intensity의 spectrum을 얻을 수 없다.

펄스가 한번 샘플을 때릴 때, 그리고 다음 펄스가 샘플을 또 때릴때 사이의 시간이 d1 (delay time)인 것이다. 이는 분석하려는 화학물질의 종류에 따라서 달라지는데, 테스트해보면서 확인해야 한다. 그리고 물질의 차이 외에도 온도, 용매, 농도 등의 영향을 받는다. 온도가 높으면 분자의 운동에너지가 커져서 분자 간 상호작용이 줄어들고 따라서 T1이 짧아진다. 반대로 낮은 온도에서는 상호작용이 강해지고 T1이 길어진다. 분자가 복잡하거나 커져도 상호작용이 커지기 때문에 T1이 길어질 수 있다. 

그러면 무조건 d1을 길게 잡으면 좋으냐? 라고 물으면 항상 극단으로 가는 것보다 적당히 주는 것이 좋다고 말할 수 있겠다. d1이 길어진다는 건 기계로 찍는 시간이 길어진다는 것이니까 어지간한 경우가 아니라면 극단적으로 길게 줄 필요는 없을 것 같다. 분자마다 다르기 때문에 얼만큼 줘라! 라고 할 수는 없지만 일반의 유기물은 보통 디폴트로 nmr 기기에 지정된 d1을 주면 잘 찍히니까 굳이 걱정할 필요는 없겠다.