Co je to NMR spektroskopie

 Tento blog má takový, řekla bych až vzletný, název Magnety a rakety. Co jsou to rakety si asi každý dokážeme velmi přesně představit. (Edit: Píšu si s kamarádkou, ať přijede. Ona že, až tam bude míň raket. Já že, hele tady nebyla raketa už dva tejdny. A ona že, hm tady nebyla raketa osmdesát let). Dobře, to spláchlo všechny moje argumenty na dalších osmdesát let. Ale zpátky k názvu blogu. Raketu umíme. Ale co jsou to ty magnety? Ano, těšíte se/obáváte se* správně. Jdu vám vysvětlit, co že to vlastně dělám.

*Nehodící se škrtněte

Pokud jsi NMR expert, tak jak by se řeklo v Izraeli – plýz ignór. Pro zbytek z vás je tu lehké představení, takzvané spektroskopijat tehuda magnetit.

Já a můj nejmilejší Varian. Nezkoušejte to doma.
On už je tady mrtvý a o svoje magnetické pole přišel.

N a v ž d y

NMR spektroskopie je takový roztomilý akronym pro hrůzu nahánějící název nukleární magnetická rezonance. N u k l e á r n í. Co vám budu, pokaždé když se mě na celní kontrole v Izraeli zeptají, co že sem jedu dělat, vždy se nejprve pousměju, odfrknu slovo nukleární nosem a sebevědomě řeknu magnetickou rezonanci. Proč? Protože první reakce na slovo nukleární u civilistů je: Ty bláho, takže ty vyvíjíš atomovku??!! Na izraelském letišti bych jako první reakci očekávala spíše kulku mezi oči. Ne, doopravdy nemám zájem, děkuji vám za optání. Samozřejmě můžete narazit na osvícence, který si uvědomuje, že ne všechno n u k l e á r n í je automaticky smrtonosné, ale riskněte si to, když oni mají váš pas a kvér a vy jen naprosto vyplesknutý výraz.

V češtině můžete místo NMR říct také spektroskopie jaderné magnetické rezonance, což je sice dlouhé jako Lovosice a musíte se u toho podstatně víckrát nadechnout, než když zadrmolíte NMR, na druhou stranu to už čtenáři přiblíží, řekněme, jádro pudla. Konkrétně jádro atomu. Některá atomová jádra se totiž chovají jako takové mini-kompasy. A Někdo tomu chtěl tak, aby nejlepšími mini-kompasy byla jádra právě těch atomů, ze kterých jsme postaveni i my, jako jsou vodík, uhlík, dusík a fosfor, a pak fluor, který nám zase pomáhá v cytostatických a antivirových léčivech. Střelky takových mini-kompasů jsou po celou dobu jejich života náhodně orientované, každá ukazuje kam chce a kdy chce, v kouzelné choreografii chaotického vesmíru. Nicméně takhle nějak si žily až do druhé poloviny minulého století, kdy nějací lidští filutové kápli na to, jak sestrojit silný magnet. A tím nemyslím žádný magnet s obrázkem Pompejí, co vám na ledničce drží nákupní seznam, ani třeba ty velké magnety, co vytahují železo na skládce. NMR magnety jsou o pět řádů silnější, než magnetické pole Země, jsou to ohromné potvory a, pokud jim k tomu dáte příležitost, oberou vás o klíče, drobné, pásek, bižuterii, zablokují vám platební kartu, rozhodí vám kardiostimulátor nebo inzulinovou pumpu - není za co, přijďte zas. Na druhou stranu vám jsou schopny prozradit mnohé o chemické struktuře látek (a o poctivosti vašeho zlatníka). Když se totiž atomová jádra, která se chovají jako mini-kompasy (říkáme o nich, že mají nenulový spin) ocitnou v silném magnetickém poli, tak si o trochu víc jader řekne, že by bylo asi fajn natočit svoje střelky ve směru magnetického pole (čti: nahoru jakoby) a tento těsný výsledek voleb stačí k tomu, že se vytvoří jedna velká magnetka, jakási tisková mluvčí celého ansámblů spinů.

Ansámbl v akci. Ad A) mývalí neorganizovaná atomová jádra, ad B) atomová jádra v silném magnetickém poli, která se začínají organizovat jako architekti a ad C) výsledná magnetka, tisková mluvčí celého ansámblu.

Ansámbl (spinů) je tu terminus technicus, a jeho cirkus teprve začíná.

NMR spektroskopie funguje na principu jakéhokoli jiného maskulinního oboru, čili čím větší, tím lepší. Čím větší (silnější) magnet máte, tím více střelek chce ukazovat v jeho směru a tím lepší data získáváte. Tak. Magnet je samozřejmě jen součástí celého přístroje zvaného NMR spektrometr, který si můžete zakoupit ve dvou vyhotoveních – stříbrný pivní tank nebo modrobílý R2-D2. Jak ale pivní tank nebo pověstný blikající patník dokáží vygenerovat tak silné magnetické pole?

NMR spektrometr je totiž přerostlá a setsakramentsky drahá termoska. Pokud jste taky ten typ, co lamentuje, když si někdo ve vašem okolí koupí termosku na kafe za dvanáct stovek, tak do NMR laboratoře ani nechoďte. Naše termosky startují na dvaceti milionech. Ony totiž také musí udržet pořádnou zimu. Tak silné magnetické pole (okolo 7 až třeba 14 Tesla) zatím dokáže vybudit jen cívka z takzvaného supravodivého materiálu, čili z materiálu, co vede elektrický proud bez odporu. (Já supravodivý zaměstnanec nejsem). Zásadní podmínkou pro supravodivost ale je, aby byla okolo pořádná klendra. Cívky NMR magnetů jsou ponořeny v nádrži s tekutým heliem o teplotě -268.9 °C. Helium je ale drahé a je ho dost málo, aby se tedy neodpařovalo tak rychle, musí zapracovat efekt termosky. Okolo nádrže s heliem je totiž ještě jedna nádrž s podstatně levnějším a teplejším tekutým dusíkem (-196 °C), která helium chrání. Ano, tekutý dusík je ta kapalina co dělá mlhu a zmrzlinu a omrzliny. Potom už stačí dát spektrometru co týden napít dusíku a co pár měsíců helia, a máte vystaráno.

Já když popisuju efekt termosky.

Pokud tedy máte NMR spektrometr, další tři kilometry kabelů, přídavnou elektroniku, vysílač a přijímač radiofrekvenčních pulzů, počítač se speciálním programem a někoho, kdo to všechno umí ovládat, můžete si změřit svoje první NMR spektrum. Spektrum molekuly je jakýmsi jejím otiskem prstu a z tvaru a polohy takzvaných signálů jsme my, kteří jsme NMR spektroskopií nezadržitelně přitahováni, schopni určit její chemickou strukturu a identifikovat ji. A mnohem víc! Třeba i to, jak se k sobě různé molekuly chovají, jakým podléhají reakcím a jiným rozmarům, nebo jak se skládají ty bílkoviny.

Jestli jste dočetli až sem, tak jste neskutečně stateční, nebo vás jen polapilo pole NMR magnetu.