질량수가 12인 탄소로는 왜 NMR을 찍을 수 없나요?
안녕하세요. 일반적으로 자연계에 존재하는 탄소는 질량수가 12인 탄소인데요 왜 NMR을 찍을 때에는 질량 수가 13 인 것을 이용해야 하는지, 질량수가 12인 탄소로는 왜 NMR을 찍을 수 없는지 궁금합니다.
네, 질문해주신 것처럼 질량수가 12인 탄소(¹²C)는 NMR 핵자기공명 신호를 낼 수 없기 때문에 관측이 불가능하고, 대신 ¹³C 동위원소만이 NMR에 활용되는 것입니다. NMR(핵자기공명분광법)은 원자핵이 외부 자기장 속에서 특정한 자기 모멘트를 가져야만 가능한데요, 즉, 핵스핀(I) 값이 0이 아닌 핵만이 NMR 신호를 낼 수 있습니다. 이때 질량수가 12인 탄소의 경우에는 양성자와 중성자가 모두 6개씩 존재하기 때문에 짝수, 짝수 조합이므로 핵스핀이 0이 되며, 자기 모멘트가 없기 때문에 외부 자기장에 반응하지 않고 NMR로 관측 불가한 것입니다. 반면에 질량수 13인 탄소의 경우에는 양성자는 6개 존재하지만 중성자가 7개 존재하기 때문에 핵스핀이 1/2이고, 자기 모멘트를 가지기 때문에 외부 자기장과 상호작용 할 수 있어서 NMR로 관측 가능한 것입니다. 감사합니다.
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
질량수가 12인 탄소가 NMR에서 관측되지 않는 이유는 단순히 질량 때문이 아니라 핵물리학적인 성질, 특히 핵스핀 때문입니다.
NMR은 핵스핀을 가진 원자핵이 외부 자기장에 반응하여 특정 주파수에서 공명하는 현상을 이용한 분석 기법입니다. 핵스핀이 0이 아닌 원자핵만 NMR에서 신호를 낼 수 있습니다. 그런데 질량수가 12인 탄소는 가장 안정하고 자연계에 가장 많이 존재하지만, 핵스핀이 0이라서 NMR에서 신호를 내지 못하기 때문에 NMR을 찍을 수 없습니다.